激光器的多层平面波导结构及多波长有机激光器的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光器的制备方法，特别是涉及一种多色激光器的制备方法，应用于多波长有机激射技术领域。
【背景技术】
[0002]作为一门新兴的科学技术，有机固体发光二极管凭借其小体积、低成本、易于制造且能在柔性基板上实现、波长范围涵盖蓝光到远红外等优点逐步受到人们的重视。最近，在可见光范围内实现多波长的有机激光振荡已经实现，这是无机半导体激光器无法比拟的。一般来说，因为进行光谱分析需要提供多波段激光，导致了分析系统中包含体积庞大气体激光器、固体激光器来提供光源，因此目前多波长激光分析系统都是庞大的。所以，一种基于芯片实验室、能集成多激光的纳米尺寸的分析设备提出具有非常重要的意义。
[0003]多色激光是一个很有前景的技术。然而，不同的无机材料很难生长在一个基板上，因此多色激光在无机半导体激光器内很难实现。另一方面，在有机激光器的研究历程中，最近有研究人员通过染料混合来获得多色激光，但是这种染料混合产生的激光十分难调节其比例。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种激光器的多层平面波导结构及多波长有机激光器的制备方法，引入了相对于有机染料有较低的折射率，且对栗浦能量吸收很低的材料来充当间隙层，制备多层平板波导之间的插入层，提高了光在平板波导光耦合和能量限制作用，在光栗浦的激励下，通过利用低折射率透明层/高反射率金属层调制得到低阈值多波长激射激光。
[0005]为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案:
一种激光器的多层平面波导结构，由至少两个平板波导结构单元级联组成多层平面波导结构，在相邻的两层平板波导结构单元之间设置中间调制层，中间调制层通过采用低折射率的超厚透明层-高反射率的超薄金属层-低折射率的超厚透明层的第一种复合层，或者通过采用高反射率的超薄金属层-低折射率的超厚透明层-高反射率的超薄金属层的第二种复合层，中间调制层与相邻设置的激光染料层形成平板波导单元，高反射率的超薄金属层的厚度不大于20 nm，低折射率的超厚透明层的厚度为80-500 nm，高反射率的超薄金属层的折射率和低折射率的超厚透明层的折射率皆小于激光染料层分子的折射率。本发明为了获得多波段高增益的自发辐射光放大(ASE)，中间调制层的加入能够将ASE限制在一个染料活性层中。然而，金属层太薄将无法将栗浦能量限制在一个平板波导中，活性层与金属层的荧光淬灭也是实现多波长低阈值激光的另一个难题。为了解决这些问题，我们引入了相对于有机染料有较低的折射率，且对栗浦能量吸收很低的材料来充当间隙层。在光栗浦的激励下，我们最终获得了多波段低阈值激光。
[0006]优选上述激光染料层的材料为小分子的DCM、PBD或DSB，或者为共轭聚合物聚苯乙烯或其衍生物，或为聚芴类材料，或者激光染料层的材料以将有机小分子材料扩散在具有良好成膜性能的材料PMMA或PVK中成膜。
[0007]—种具有本发明多层平面波导结构的多波长有机激光器的制备方法，包括如下步骤:
a.准备基板；
b.采用沉积、溅射或旋涂方法，在基板上制备第一种有机激光染料层；
c.采用沉积、溅射或旋涂方法，在第一种有机激光染料层上继续依次制备厚度为80-500 nm的低折射率透明层、厚度不大于20 nm的高反射率超薄金属层和厚度为80-500nm的低折射率透明层，形成第一层中间调制层，使第一层中间调制层、第一种有机激光染料层以及基板三层结构构成了第一个波导结构单元，采用低折射率透明层来将栗浦能量限制在每个平板波导中，同时减少在金属和染料的界面产生荧光淬灭，以减小阈值，实现多波长的低阈值的激光；
d.采用沉积、溅射或旋涂方法，在第一层中间调制层的低折射率透明层上继续制备第二种有机激光染料层；
e.采用沉积、溅射或旋涂方法，在第二种有机激光染料层上再继续依次制备厚度为80-500 nm的低折射率透明层和厚度不大于20 nm的高反射率超薄金属层，形成第二层中间调制层，使第二层中间调制层和第二种有机激光染料层构成了第二个波导结构单元，第一个波导结构单元和第二个波导结构单元结合形成双波长平板结构；
f.完成多波长有机激光器的制备；或者继续采用沉积、溅射或旋涂方法，在第二层中间调制层的高反射率超薄金属层上继续制备厚度为80-500 nm的低折射率透明层，使第二个波导结构单元中增加低折射率透明层，然后再在第二个波导结构单元中的低折射率透明层之上，采用沉积、溅射或旋涂方法制备又一种有机激光染料层、厚度为80-500 nm的低折射率透明层和厚度不大于20 nm的高反射率超薄金属层，继续形成又一层中间调制层，进而形成后续的又一个波导结构单元，形成三波长平板结构；或者以本步骤方法继续制备后续的又一个波导结构单元，直到多波长有机激光器的制备。
[0008]上述高反射率的超薄金属层的折射率和低折射率的超厚透明层的折射率皆小于激光染料层分子的折射率。
[0009]上述高反射率的超薄金属层的折射率和上述低折射率的超厚透明层的折射率皆优选小于1.70。
[0010]上述低折射率的超厚透明层的折射率优选小于1.52。
[0011]作为优选的技术方案，在每层有机激光染料层制备过程中，采用沉积方法成膜时，控制沉积速率接近1.0 A/s。
[0012]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:
1.本发明通过将加入金属层将自发辐射光放大限制在染料活性层中，达到实现自发辐射光放大(ASE)的目的，同时通过加入低折射率透明间隔层降低金属层与染料活性层的荧光淬灭，并将栗浦能量集中在光波导里，为低阈值多波段有机激光器的实现提供了一种思路及方法；
2.本发明通过并联或堆栈排布不同工作波长的平板波导层来获得多色激光，设置连接平板波导的中间层是获得多色激光的一个简单可行的方案，又有很好的应用前景。
【附图说明】
[0013]图1是本发明实施例一多波长有机激光器的制备方法制备的双层平板波导原理图。
[0014]图2是本发明实施例一多波长有机激光器的制备方法制备的双层平板波导性能图。
[0015]图3是本发明实施例二多波长有机激光器的制备方法制备的三层平板波导原理图。
【具体实施方式】
[0016]本发明的优选实施例详述如下:
实施例一:
在本实施例中，参见图1和图2，一种激光器的双波段低阈值平板波导结构，由两个平板波导结构单元级联组成多层平面波导结构，在两层平板波导结构单元之间设置中间调制层，中间调制层通过采用低折射率的超厚透明层-高反射率的超薄金属层-低折射率的超厚透明层的第一种复合层，或者通过采用高反射率的超薄金属层-低折射率的超厚透明层-高反射率的超薄金属层的第二种复合层，中间调制层与相邻设置的激光染料层形成平板波导单元，高反射率的超薄金属层的厚度为20 nm，低折射率的超厚透明层的厚度为200nm，高反射率的超薄金属层的折射率和低折射率的超厚透明层的折射率皆小于激光染料层分子的折射率。本实施例高反射率金属层调制层的引入可以将自发辐射光放大限制在染料活性层中，通过在染料活性层和金属调制层中加入低折射率透明层可以降低荧光淬灭，并将栗浦能量集中在光波导里。
[0017]在本实施例中，参见图1和图2，一种具有双层平面波导结构的双波段有机激光器的制备方法，包括如下步骤:
a.采用洁净的折射率为1.52的透明玻璃，作为玻璃基板I ;
b.采用沉积方法，在玻璃基板I上制备第一种有机激光染料层2;
c.采用沉积方法，在第一种有机激光染料层2上继续依次制备厚度为200nm的第一低折射率透明LiF层3、厚度为20 nm的第一高反射率超薄Ag金属层4和厚度为200 nm的第二低折射率透明LiF层5，形成第一层中间调制层，使第一层中间调制层、第一种有机激光染料层2以及玻璃基板I三层结构构成了第一个波导结构单元；
d.采用沉积方法，在第一层中间调制层的第二低折射率透明LiF层5上继续制备第二种有机激光染料层6 ;
e.采用沉积方法，在第二种有机激光染料层6上再继续依次制备厚度为200nm的第三低折射率透明LiF层7和厚度为20 nm的第二高反射率超薄Ag金属层8，形成第二层中间调制层，使第二层中间调制层和第二种有机激光染料层6构成了第二个波导结构单元，第一个波导结构单元和第二个波导结构单元结合形成双波长低阈值平板结构，完成双波段有机激光器的制备。<