一种基于PDMS聚合物的柔性量子点随机激光器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于PDMS聚合物的柔性量子点随机激光器，包括两层PDMS薄膜层以及两层PDMS薄膜层之间夹置的渗透层，PDMS薄膜层中的交联剂浓度大于4%，渗透层中的交联剂浓度为2%‑4%，渗透层为内应力分布不均匀的PDMS薄膜层，渗透层上设有至少一组由中心点向各方向发散的若干条线性凹槽或至少一组由中心点逐渐扩散的若干个环形凹槽，凹槽供量子点渗透。本发明专利技术量子点在随机激光出射过程中充当增益介质的作用，利用渗透层的内应力分布不均，通过光弹性效应形成局域化折射率不一致，增强多重散射作用，达到了降低出射随机激光阈值的目的。本发明专利技术中量子点填充在浓度较低的渗透层内，相比玻璃基板表面的量子点薄膜，具有长时间运作的特点。同时由于PDMS是柔性材料，具有可弯曲的特点，可以实现柔性随机激光器制备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PDMS聚合物的柔性量子点随机激光器
本专利技术涉及一种激光器，具体涉及一种随机激光器。
技术介绍
近年来，随机激光已经成为国际激光学界的热门研究领域。随机激光在产生机理及发光特性上与传统激光器存在许多显著的不同，随机激光辐射源自激活无序介质，通过辐射光在介质中的多次散射提供光学反馈，从而获得较大的增益，无需外加谐振腔。量子点随机激光器是将量子点材料旋涂在玻璃基板上，利用玻璃基板的粗糙表面提供散射，出射随机激光，具有成本低、制备工艺简单等特点。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种弹性的高分子聚合物，由于具有加工简单、光学透明的特性，被广泛应用于制作随机激光器。基于PDMS的随机激光器主要是将纳米微粒掺杂到PDMS中，然后将混合物旋涂到基底上，基底可以是玻璃、硅胶等。由于PDMS本身具有良好的杨氏模量，可以通过拉伸的方法改变随机激光的偏振、峰值波长等，因此这种柔性随机激光器在柔性平板显示、传感等方面有潜在的应用价值。受益于量子限域效应，胶体量子点(CQD)作为激光材料具有一些不可替代的优点，例如宽的激发光谱、发射波长可调谐、高量子产率、良好的色纯度和温度不敏感的激光性能。此外，量子点本质上是无机的，相比有机增益材料更加稳定，因此量子点在随机激光系统中具有很大的潜力。现有技术中，文献“OPTICSEXPRESS2011，4，2997”中将CdSe/ZnS量子点沉积在具有粗糙内表面的沟槽内形成量子点薄膜，沟槽尺寸为80μm*40μm，利用沟槽内的粗糙表面提供散射，观察到随机激光出射。但是这种随机激光由于缺乏更多的反馈机制，使得出射的阈值很高(25mJ/cm2)，增加了泵浦光的损耗。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于PDMS聚合物的柔性量子点随机激光器，利用光弹性效应，当外置泵浦光照射到内应力分布不均的凹槽产生光学各向异性，引起凹槽内的每个点局域化折射率不一致，这种折射率的差异增强了光学散射作用，降低随机激光出射的阈值。同时，该柔性量子点随机激光器制备工艺简单，具有成本低、长时间运作的优点。技术方案：本专利技术提供了一种基于PDMS聚合物的柔性量子点随机激光器，包括两层PDMS薄膜层以及两层PDMS薄膜层之间夹置的渗透层，所述PDMS薄膜层中的交联剂浓度大于4％，所述渗透层中的交联剂浓度为2％-4％，所述渗透层为内应力分布不均匀的PDMS薄膜层，所述渗透层上设有至少一组由中心点向各方向发散的若干条线性凹槽或至少一组由中心点逐渐扩散的若干个环形凹槽，所述凹槽供量子点渗透。进一步，所述凹槽的宽度为3-5μm，深度为1-2μm。进一步，相邻两个线性凹槽之间的角度为8°-10°。进一步，所述环形凹槽的直径为10-20μm，相邻两个环形凹槽之间的距离为1-2μm。进一步，所述PDMS薄膜层的厚度为1.5mm，所述渗透层的厚度为30μm-60μm。进一步，所述PDMS薄膜层的折射率为1.4，所述渗透层凹槽中含有量子点处的折射率为2.1。进一步，所述量子点为CdSe/ZnS或CdSe/CdS。专利技术原理：本专利技术激光器结构中，PDMS薄膜层中的交联剂浓度大于4％，经过固化之后形成刚性边界，渗透层中的交联剂浓度为2％-4％，渗透层由于浓度较低形成粘弹性软区域。渗透层上设有至少一组由中心点向各方向发散的若干条线性凹槽或至少一组由中心点逐渐扩散的若干个环形凹槽，凹槽的尺寸为微米量级。通过将量子点填充到渗透层中，量子点随机地分布在凹槽内形成无序增益区域。当外置泵浦光照射到PDMS薄膜层上，线性凹槽或环形凹槽提供的散射作用有利于光放大，光的放大来源于多重散射增加的辐射光在量子点无序增益区域中的光程和驻留时间，从而形成了随机激光。此外，渗透层由于内应力分布不均，在泵浦光照射下产生光弹性效应，从而导致渗透层内光学各向异性，引起凹槽内局域化折射率不一致。这种光学各向异性引起的局域化折射率差异会增强随机激光出射过程中所需的多重散射作用，从而降低出射随机激光的阈值。此外，不同浓度的PDMS薄膜形成的波导结构，对光产生的限制作用，也为随机激光的形成提供了光学反馈，在激光器泵浦下，出射单方向、低阈值的随机激光。有益效果：本专利技术量子点在随机激光出射过程中充当增益介质的作用，利用渗透层的内应力分布不均，通过光弹性效应形成局域化折射率不一致，增强多重散射作用，达到了降低出射随机激光阈值的目的。本专利技术中量子点填充在浓度较低的渗透层内，相比玻璃基板表面的量子点薄膜，具有长时间运作的特点。同时由于PDMS是柔性材料，具有可弯曲的特点，可以实现柔性随机激光器制备。本专利技术借助于PDMS弹性聚合物，利用内应力分布不均的凹槽结构，实现了单方向、低阈值的量子点随机激光出射，在柔性面板显示系统及其他光电子系统中可作为光源使用；同时该量子点随机激光器由于其柔性特点，在压力或拉伸作用下，可以改变随机激光的相干回路，调整出射随机激光的模式，可应用于传感方面。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2～3为两种类型渗透层的结构示意图。具体实施方式下面对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。如图1～3所示，一种基于PDMS聚合物柔性量子点随机激光器，包括外置泵浦光1和结构样片2；结构样片包括第一、第二PDMS薄膜层4以及第一、第二PDMS薄膜层之间夹置的渗透层5。第一、第二PDMS薄膜层4中的交联剂浓度为5％，渗透层5中的交联剂浓度为2.2％。渗透层5为内应力分布不均匀的PDMS薄膜层，供量子点渗透，量子点材料在随机激光出射过程中充当增益介质的作用。渗透层5上设有由中心点向各方向发散的若干条线性凹槽7或由中心点扩散的若干个环形凹槽8，这些凹槽由于内应力分布不均，使得局域化折射率不一致，增强随机激光出射所需的多重散射作用。将Nd：YAG激光器输出的波长为355nm的紫外光，经过外置泵浦光路，最终形成规格为0.5mm*8mm的条形泵浦光即为外置泵浦光1，当外置泵浦光1照射到结构样片2，结构样片2出射单方向的随机激光3。上述柔性量子点随机激光器的制备方法：将PDMS预聚物A和交联剂BSylgard184以大于4％的浓度混合搅拌，待混合均匀后，滴加到比色皿中，静置一夜，除去气泡。将已静置一夜的混合物，置于65℃的烘箱中加热3h，使混合物固化成膜，厚度为1.5mm，折射率为1.4，经过裁剪制得第一、第二PDMS薄膜。将PDMS预聚物A和交联剂B以2％-4％的浓度混合搅拌，待混合均匀后，滴加到第一PDMS薄膜上，静置一夜，除去气泡。将第二PDMS薄膜覆上，置于65℃的烘箱中加热2h，完成渗透层5固化。渗透层5的厚度为45μm。将10kpa的高压气流6从渗透层5侧面通入渗透层5，可以单次同时通入多个或者是多次通入，使得渗透层5布满凹槽。由于点负载过大，在渗透层5形成由中心点向各方向发散的若干条线性凹槽7，如图2所示，各凹槽的宽度3-5um，深度1-2um，相邻两个线性凹槽之间的角度8°-10°。将量子点(CdSe/ZnS)通过毛细作用填充到渗透层5，渗透层5凹槽中含有量子点处的折射率为2.1，制得本专利技术的结构样片2。结构样片配合外置泵浦光，即制备成基于PDMS聚合物的柔性量子点随机激光器。制备的基于PDMS聚合物的柔性量子点随本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PDMS聚合物的柔性量子点随机激光器，其特征在于：包括两层PDMS薄膜层以及两层PDMS薄膜层之间夹置的渗透层，所述PDMS薄膜层中的交联剂浓度大于4％，所述渗透层中的交联剂浓度为2％‑4％，所述渗透层为内应力分布不均匀的PDMS薄膜层，所述渗透层上设有至少一组由中心点向各方向发散的若干条线性凹槽或至少一组由中心点逐渐扩散的若干个环形凹槽，所述凹槽供量子点渗透。

【技术特征摘要】
1.一种基于PDMS聚合物的柔性量子点随机激光器，其特征在于：包括两层PDMS薄膜层以及两层PDMS薄膜层之间夹置的渗透层，所述PDMS薄膜层中的交联剂浓度大于4％，所述渗透层中的交联剂浓度为2％-4％，所述渗透层为内应力分布不均匀的PDMS薄膜层，所述渗透层上设有至少一组由中心点向各方向发散的若干条线性凹槽或至少一组由中心点逐渐扩散的若干个环形凹槽，所述凹槽供量子点渗透。2.根据权利要求1所述的基于PDMS聚合物的柔性量子点随机激光器，其特征在于：所述凹槽的宽度为3-5μm，深度为1-2μm。3.根据权利要求1或2所述的基于PDMS聚合物的柔性量子点随机激光器，其特征在于：相邻两个线性凹槽之间的角度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶莉华，程志祥，赵庆，王春雷，崔一平，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32