温度调控的聚集激光器及制备方法和光开关应用技术

本发明专利技术公开了一种温度调控的聚集激光器及制备方法和光开关应用。温度调控的聚集激光器的制备方法包括如下步骤：(1)增益材料与温敏聚合物溶于溶剂形成混合溶液；(2)加热所述混合溶液，在高于临界相转变温度下，所述温敏聚合物自组装形成聚合物微球，所述混合溶液中的增益材料的发光官能团与所述聚合物微球中的温敏聚合物相互作用形成聚集态增益材料；(3)所述聚合物微球作为回音壁模式微腔，在泵浦光激励下，所述回音壁模式微腔为所述聚集态增益材料提供高效光反馈，实现聚集激光出射。该温度调控的聚集激光器的制备方法能够实现低成本、聚集程度可控、循环可逆操控的目的以及实现可控的光开关应用。

Temperature controlled aggregation laser and its preparation method and application of optical switch

The invention discloses a temperature regulated aggregation laser, a preparation method and an optical switch application. The preparation method of the temperature regulated aggregation laser includes the following steps: (1) the gain material and the temperature sensitive polymer dissolve in the solvent to form a mixed solution; (2) heating the mixed solution, the temperature sensitive polymer self assembles to form a polymer microsphere at a temperature higher than the critical phase transition temperature, and the light-emitting functional group of the gain material in the mixed solution and the temperature sensitive polymerization in the polymer microsphere The polymer microspheres act as echo wall mode microcavity, and the echo wall mode microcavity provides high-efficiency optical feedback for the aggregation gain material under the excitation of pump light, so as to realize the aggregation laser emission. The preparation method of the temperature controlled aggregation laser can realize the purpose of low-cost, controllable aggregation degree, cyclic reversible control and controllable optical switch application.

【技术实现步骤摘要】
温度调控的聚集激光器及制备方法和光开关应用
本专利技术涉及激光
，特别是涉及一种温度调控的聚集激光器及制备方法和光开关应用。
技术介绍
在有机激光
，聚集激光是一类与传统染料激光迥异的激光类型，其特点是聚集前(稀溶液)增益材料不发光，聚集后(浓溶液或固态)增益材料高效发光，且聚集过程可以协同自组装制备光学谐振腔，实现光学正反馈，在泵浦激光激励下形成激光出射。在聚集激光领域，目前还没有实现低成本、聚集程度可控、循环可逆操控的聚集调控技术。另外，智能光开关在光逻辑运算、未来光通信领域具有重要应用，如何实现可循环的智能光开关仍是需要解决的关键问题。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种基于温度场调控的低成本、聚集程度可控、循环可逆操控的温度调控的聚集激光器及制备方法和光开关应用。一种温度调控的聚集激光器的制备方法，包括如下步骤：(1)增益材料与温敏聚合物溶于溶剂形成混合溶液；(2)加热所述混合溶液，在高于临界相转变温度下，所述温敏聚合物自组装形成聚合物微球，所述混合溶液中的增益材料的发光官能团与所述聚合物微球中的温敏聚合物相互作用形成聚集态增益材料；(3)所述聚合物微球作为回音壁模式微腔，在泵浦光激励下，所述回音壁模式微腔为所述聚集态增益材料提供高效光反馈，实现聚集激光出射。在其中一个实施例中，所述增益材料包括具有给-受体结构的有机激光材料和/或水溶性聚集诱导发光分子。在其中一个实施例中，所述给-受体结构的有机激光材料包括对苯撑乙烯衍生物、氮杂蒽衍生物、苯并二噻吩衍生物、苝二酰亚胺衍生物中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述水溶性聚集诱导发光分子包括双边修饰磺酸盐的四苯基乙烯、黄连素、二苯氨基苯甲基吡啶衍生物、5-(4-二苯氨基)苯基噻吩衍生物、四苯乙烯及衍生物、9,10-二苯基乙烯基蒽及衍生物、硼系聚集诱导发光分子及衍生物、硅系聚集诱导发光分子及衍生物的一种或者多种。在其中一个实施例中，所述温敏聚合物包括聚N-异丙基丙烯酰胺及其衍生物、聚乙二醇、聚乙烯基甲醚、聚N-乙烯基己内酰胺、聚(2-乙基-2-恶唑啉)、弹性蛋白肽、环糊精聚轮烷及其衍生物中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述温敏聚合物的临界相转变温度范围为20℃-90℃。在其中一个实施例中，所述聚合物微球直径范围为5μm-200μm。在其中一个实施例中，所述聚集激光的波长范围为400nm-900nm。在其中一个实施例中，所述聚集激光通过加热或者冷却实现所述温敏聚合物的可逆相变，实现增益材料是否发光及所述回音壁模式微腔是否形成的可逆切换。一种所述的温度调控的聚集激光器的制备方法制备得到的温度调控的聚集激光器。一种所述的聚集激光器在温度调控的光开关中的应用。本专利技术的温度调控的聚集激光器的制备方法能够实现低成本、聚集程度可控、循环可逆操控的目的。该温度调控的聚集激光器的制备方法能够制备得到的基于温度场调控的低成本、高光学增益、高品质因子、光开关可控的聚集激光，可应用于生物检测、化学传感、可控光学开关等领域。本专利技术的温度调控的聚集激光器通过调节温敏聚合物及增益材料的混合溶液温度，协同产生高光学增益的聚集态增益材料及高光学质量的谐振腔，在泵浦光激励下形成激光。进一步地，本专利技术的温度调控的聚集激光器可以通过加热或者冷却实现可逆转变，实现增益材料发光及光学微腔形成的on或者off可逆切换，最终实现应用于光开关的聚集激光。通过温度调控，协同产生高光学增益的聚集态增益材料及高光学质量的谐振腔，在泵浦光激励下形成激光，该过程可以通过加热或者冷却实现可逆转变，实现增益材料发光及光学微腔形成的on或者off可逆切换，最终实现应用于光开关的聚集激光。温度调控的聚集激光具有高光学增益，高抗光漂白能力，低成本自组装微腔制备的优势，能够解决传统染料激光增益不足，应用受限的缺陷，进一步拓展有机激光器的应用潜力与场景。附图说明图1是本专利技术一实施例的在光泵浦条件下获得温度调控的聚集激光的装置示意图；图2是本专利技术一实施例的可逆制备温敏聚合物微球及聚集态增益材料的示意图；图3是本专利技术一实施例的α-环糊精的结构简图与结构式；图4是本专利技术一实施例的环糊精聚轮烷在临界相转变温度(TPT)前后的结构转变示意图。附图标记说明1、泵浦激光；2、半波片；3、偏振分束片；4、二色镜；5、显微镜；6、实验样品；7、滤波片；8、分光平片；9、CCD；10、光谱仪；11、石英玻璃槽；12、混合溶液；13、聚合物微球。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。参见图1所示，本专利技术一实施例提供了一种温度调控的聚集激光器，该温度调控的聚集激光器的制备方法，包括如下步骤：步骤一：将增益材料与温敏聚合物溶于溶剂形成混合溶液，溶剂可以为超纯水、甲烷、己烷、环己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、醇类、醚类中的一种或多种。在低于临界相转变温度下，温敏聚合物在混合溶液中能充分水合而处于良好的溶解状态，由于极性环境影响或分子内苯环运动，增益材料在溶液中不发光。所述的增益材料包括具有给-受体(D-A)结构的有机激光材料和/或水溶性聚集诱导发光(AIE)分子。温敏聚合物的临界相转变温度范围为20℃-90℃。步骤二：对混合溶液加热，在高于临界相转变温度下，温敏聚合物的水合能力降低，自组装形成聚合物微球13，参见图2所示，聚合物微球13的直径范围为5μm-200μm，例如聚合物微球13直径范围为5μm、50μm、100μm或者200μm等。混合溶液中的增益材料的发光官能团与聚合物微球13中的温敏聚合物相互作用形成聚集态增益材料，发光急剧增加。步骤三：聚合物微球13用于作为高光学质量的回音壁模式微腔，在泵浦光激励下，回音壁模式微腔为聚集态增益材料提供高效光反馈，实现聚集激光出射，聚集激光的波长范围为400nm-900nm。进一步地，该温度调控的聚集激光器的制备方法还包括步骤四：聚集激光通过加热或者冷却实现温敏聚合物的可逆相变，实现增益材料是否发光及回音壁模式微腔是否形成的on或者off可逆切换，最终实现应用于光开关的聚集激光。在一具体示例中，具有给-受体(D-A)结构的有机激光材料包括对苯撑乙烯衍生物如氰基取代对苯撑乙烯衍生物(CNDSB)、1,4-双(氰基-4-二苯基氨基苯乙烯基)-2,5-二苯基苯(CNDPASDB)、反式1,4-二苯乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温度调控的聚集激光器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)增益材料与温敏聚合物溶于溶剂形成混合溶液；/n(2)加热所述混合溶液，在高于临界相转变温度下，所述温敏聚合物自组装形成聚合物微球，所述混合溶液中的增益材料的发光官能团与所述聚合物微球中的温敏聚合物相互作用形成聚集态增益材料；/n(3)所述聚合物微球作为回音壁模式微腔，在泵浦光激励下，所述回音壁模式微腔为所述聚集态增益材料提供高效光反馈，实现聚集激光出射。/n

【技术特征摘要】
1.一种温度调控的聚集激光器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)增益材料与温敏聚合物溶于溶剂形成混合溶液；
(2)加热所述混合溶液，在高于临界相转变温度下，所述温敏聚合物自组装形成聚合物微球，所述混合溶液中的增益材料的发光官能团与所述聚合物微球中的温敏聚合物相互作用形成聚集态增益材料；
(3)所述聚合物微球作为回音壁模式微腔，在泵浦光激励下，所述回音壁模式微腔为所述聚集态增益材料提供高效光反馈，实现聚集激光出射。


2.根据权利要求1所述的温度调控的聚集激光器的制备方法，其特征在于，所述增益材料包括具有给-受体结构的有机激光材料和/或聚集诱导发光分子。


3.根据权利要求2所述的温度调控的聚集激光器的制备方法，其特征在于，所述给-受体结构的有机激光材料包括对苯撑乙烯衍生物、氮杂蒽衍生物、苯并二噻吩衍生物、苝二酰亚胺衍生物中的一种或多种。


4.根据权利要求2所述的温度调控的聚集激光器的制备方法，其特征在于，所述聚集诱导发光分子包括双边修饰磺酸盐的四苯基乙烯、黄连素、二苯氨基苯甲基吡啶衍生物、5-(4-二苯氨基)苯基噻吩衍生物、四苯乙烯及衍生物、9,10-二苯基乙烯基蒽及衍生物、硼系聚集诱导发光分子及衍生物、硅系聚集诱导发光分子及衍生物的一种或者多种。
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨中民，刘旺旺，虞华康，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44