一种非掺杂自发辐射光放大薄膜器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种非掺杂自发辐射光放大薄膜器件及其制备方法，属于激光技术领域。该薄膜器件由高性能增益介质和衬底组成，其特征在于优选单分散的多臂结构三并茚衍生物作为增益介质；在较宽的激发波长范围内，该薄膜器件均能实现有效的光放大以及优异的光稳定性和热稳定性。本发明专利技术的非掺杂的自发辐射放大薄膜器件工艺简单、成本低廉，具有高增益、低阈值等优点，可应用于实现高性能有机激光器件。

【技术实现步骤摘要】
一种非掺杂自发辐射光放大薄膜器件及其制备方法
本专利技术属于激光
，具体涉及一种非掺杂自发辐射光放大薄膜器件及其制备方法。
技术介绍
经过二十多年的发展，光泵浦有机激光在材料和器件方面取得了长足的发展，包括有机染料、小分子、聚合物、有机单晶等激光增益材料不断涌现。同时基于平面光波导、垂直面发射微腔、曲面微腔等谐振腔结构的光泵浦有机激光器不断获得新进展。尽管如此，电泵浦有机激光仍难以实现。面对电泵浦有机激光的挑战，人们做了很多努力和尝试。但是同时实现具有高稳定性、高发光效率、高增益、低阈值的有机激光器仍很少。虽然通过掺杂手段可以显著改善有机激光材料与器件的稳定性和光增益特性等，但不可避免的会产生一些问题：如薄膜相分离、光损耗较大、制作工艺复杂以及制作成本高等。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种非掺杂自发辐射光放大薄膜器件及其制备方法，可以同时达到非掺杂的、低阈值、高增益、高稳定性自发辐射光放大，可应用于实现非掺杂高性能有机激光器件。该器件制作简单快捷，工艺简单，成本低廉技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术提供一种非掺杂自发辐射光放大薄膜器件，该器件由衬底和增益介质组成，并且增益介质由一定方式沉积在衬底上。所述的激光增益介质为单分散星状大分子光增益介质材料，其特点是具有明确的多臂支化分子结构，可以有效地抑制分子间相互作用，具有增强的光增益特性。具体地，所述的增益介质中的单分散星状大分子光增益介质材料选用以苯、三嗪、吡咯、吡啶、芘、三并茚、三并咔唑、螺芴等为核结构的多臂结构单分散大分子光增益介质材料；其枝臂结构选自低聚苯乙烯、低聚噻吩、低聚苯和寡聚芴中的一种。更具体地，所述的增益介质中的单分散星状大分子光增益介质材料选用以三并茚为核结构，以寡聚芴为枝臂单分散六臂结构大分子光增益介质材料，通式结构为：：其中R为C1-C20的直链烷基链或支链烷基链中的一种；n为1～10之间的自然数。进一步的，所述的衬底为石英基底、基于石英的分布式反馈布拉格光栅(DFB)基底、玻璃基底、铟锡氧化物半导体(ITO)基底或分布式布拉格反射腔(DBR)中的一种。进一步的，所述的激光增益介质的沉积方式为旋涂、压印、喷印、真空蒸镀或喷墨打印中的一种。在上述技术方案中，作为优选增益介质的厚度在80～200nm。有益效果：本专利技术提供的一种非掺杂自发辐射光放大薄膜器件及其制备方法，与现有技术相比，具有以下优势：本专利技术的非掺杂自发辐射光放大薄膜器件，结构简单、易于设计、制作简单快捷、成本低廉。选用单分散星状大分子光增益介质材料，可以阻止分子间的堆积和激发态的淬灭，使其具表现出有高效的发光效率，可以同时达到非掺杂的、低阈值、高增益、高稳定性的自发辐射光放大，可应用于实现高性能非掺杂有机激光器件。附图说明图1为本专利技术的非掺杂自发辐射光放大薄膜器件示意图；图2为单分散星状大分子光增益介质材料结构示例；图3是石英基底上增益材料输出强度随泵浦能量变化的关系图，附图是归一化后自发辐射光放大输出光谱图；图4是增益材料的自发辐射光放大热稳定性测试结果；图5是增益材料的自发辐射光放大光稳定性测试结果。具体实施方式本专利技术的该薄膜器件由高性能增益介质和衬底组成，其特征在于优选单分散的多臂结构三并茚衍生物作为增益介质；在较宽的激发波长范围内，该薄膜器件均能实现有效的光放大以及优异的光稳定性和热稳定性。本专利技术的非掺杂的自发辐射放大薄膜器件工艺简单、成本低廉，具有高增益、低阈值等优点，可应用于实现高性能有机激光器件。下面结合附图和实施例对本专利技术作更进一步的说明。实施例根据下述实施例，可以更好的理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。本专利技术是提供一种非掺杂自发辐射光放大薄膜器件，制备有机激光增益介质薄膜器件，该器件由衬底(1)和增益介质(2)组成；将有机激光增益介质均匀的沉积在衬底上，薄膜器件的结构如图1所示。所述的激光增益介质(2)选用以苯、三嗪、吡咯、吡啶、芘、三并茚、三并咔唑、螺芴等为核结构的多臂结构单分散大分子光增益介质材料。所述的衬底(1)为石英基底、基于石英的分布式反馈布拉格光栅(DFB)基底、玻璃基底、铟锡氧化物半导体(ITO)基底或分布式布拉格反射腔(DBR)中的一种。所述的激光增益介质(2)的沉积方式为旋涂、压印、喷印、真空蒸镀或喷墨打印中的一种。薄膜器件制备具体步骤如下：第一步：衬底清洗，选择衬底(1)，衬底依次用丙酮、乙醇、超纯水超声清洗1遍，洗完后放到烘箱内干燥。第二步：溶液配制，通过选择氯仿溶剂对增益介质(2)配制浓度为15mg/ml的溶液，将配好的溶液加入干净磁子放在热台搅拌，加热温度为60℃，搅拌速率为1000rpm，搅拌时间2h以上。第三步：器件制备，选择需要的衬底，使用匀胶机将配置好的增益介质(2)溶液均匀旋涂在衬底上，旋涂转速为2000rpm、旋涂时间为60s、旋涂加速度为4000rpm/s，制备的薄膜厚度为80-150nm。旋涂完之后为去除薄膜表面多余的溶剂，将制作好的器件放置热台中50℃退火10分钟。实施例1选择透明石英作为衬底，选择高性能以三并茚为核，以寡聚芴为枝臂单分散六臂结构的星状大分子作为器件的光增益介质，样品制备如具体实施方式所示，制备得到的产品结构通式如图2所示。使用YAG激光器进行光泵浦，泵浦激光波长为355nm。图3展示得到的自大发射行为测试，随着星型大分子寡聚芴臂长的增加，全宽半峰值(FWHM)逐渐减小，同时自发放大(ASE)峰位也随着臂长增加而红移。并且基于该星状大分子的薄膜器件具有出色自大辐射光放大行为，最低阈值分别为：Tr1为11.6μJ/cm2，Tr2为5.7μJ/cm2，Tr3为4.4μJ/cm2，Tr4为5.6μJ/cm2。实施例2选择透明石英作为衬底，选择高性能以三并茚为核，以寡聚芴为枝臂单分散六臂结构的星状大分子作为器件的光增益介质，样品制备如具体实施方式所示。使用YAG激光器进行光泵浦，泵浦激光波长为355nm。图4是对其进行的热稳定性测试，首先在大气环境中，将制作好的薄膜样品在每个温度下退火10min，退火温度分别为25℃的室温，60℃到280℃，温度的梯度为20℃。发现本专利技术的基于三并茚星形材料的薄膜器件具有优异的热稳定性。实施例3选择透明石英作为衬底，选择高性能以三并茚为核，以寡聚芴为枝臂单分散六臂结构的星状大分子作为器件的光增益介质，样品制备如具体实施方式所示。使用YAG激光器进行光泵浦，泵浦激光波长为355nm。我们将制作好的薄膜器件通过在2倍阈值泵浦能量条件进行泵浦，每30s记录一次输出的ASE能量。从图5中看出，在输出能量下降一半时Tr1的泵浦脉冲数为3.8×103；Tr2的泵浦脉冲数为13.4×103；Tr3的泵浦脉冲数为为16.6×103；Tr4的泵浦脉冲数为17.8×103。从测得的光稳定性和热稳定性的测试结果看出，这些薄膜器件具有比较好的稳定性。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出：对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非掺杂自发辐射光放大薄膜器件，其特征在于，由衬底(1)及其上均匀沉积而成的增益介质(2)构成，其中，所述的增益介质(2)为单分散星状大分子光增益介质材料，具有多臂支化分子结构。

【技术特征摘要】
1.一种非掺杂自发辐射光放大薄膜器件，其特征在于，由衬底(1)及其上均匀沉积而成的增益介质(2)构成，其中，所述的增益介质(2)为单分散星状大分子光增益介质材料，具有多臂支化分子结构。2.根据权利要求1所述的一种非掺杂自发辐射光放大薄膜器件，其特征在于，所述的单分散星状大分子光增益介质材料，其核结构选自包括苯、三嗪、吡咯、吡啶、芘、三并茚、三并咔唑、螺芴在内的其中一种；其枝臂结构选自低聚苯乙烯、低聚噻吩、低聚苯和寡聚芴中的一种。3.根据权利要求1或2所述的一种非掺杂自发辐射光放大薄膜器件，其特征在于，所述的增益介质(2)的单分散星状大分子光增益介质材料选用以三并茚为核结构，以寡聚芴为枝臂单分散六臂结构，通式结构为：其中R为C1-C20的直链烷基链或支链烷基链中的一种；n为1～10之间的自然数。4.根据权利要求1所述一种非掺杂自发辐射光放大薄膜器件，其特征在于，所述的衬底(1)为石英基底、基于石英的分布式反馈布拉格光栅DFB基底、玻璃基底、铟锡...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖文勇，陆婷婷，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32