聚合物基质固体染料激光介质的预聚制备方法技术

聚合物基质固体染料激光介质的预聚制备方法，它涉及固体染料激光介质的制备方法。本发明专利技术解决现有固体染料激光介质的制备方法制备周期长，制备过程中出现分层、漂白或爆聚问题，导致得到的固体染料激光介质的光学特性差的问题。本发明专利技术方法：将ＭＭＡ进行精制；然后将ＭＭＡ和激光染料混合搅拌得激光染料溶液；再将激光染料在高温水浴中预聚合；然后将预聚合后的激光染料进行本体聚合；再退火机械加工即得。本发明专利技术首先对ＭＭＡ单体进行预聚合，缩短聚合反应诱导期，减少聚合时体积收缩，使制备周期短，制备中不会发生分层、漂白和爆聚问题。得到的固体染料介质的激光输出斜率效率达４８．５７％～６４．０９％，荧光谱带宽在４４ｎｍ～４６ｎｍ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种固体染料激光介质的制备方法。
技术介绍
染料激光具有波长调谐范围宽、输出功率高、吸收和增益易控制等优点，是最重要 的可调谐激光光源。同其它激光器相比，染料激光器最大的优势在于激光波长在一个很 宽的范围内连续地调谐以及没有显著的损耗就把激光能量引导到一个窄的光谱线之内。此 夕卜，染料激光器染料激光介质可以在固相、液相或气相下使用，浓度便于控制，对各种应用 场合的适应性极强。因此，染料激光器在在科研(光谱学)、医学(组织光学、诊断、治疗) 等领域有广泛的应用前景。在光谱学方面，染料激光器是经典光谱学中的理想光源，能量较普通光源高达IO12 倍，分辨率可提高4个数量级。用做激光光谱技术(简并四波混频DFWM，相干反斯托克斯拉 曼散射CARS等)的光源，能显著提高光谱分析的灵敏度，并且由于其具有很宽的输出带宽， 可同时测量得到多条谱线，在实时粒子检测，燃烧诊断等方面具有重要意义。早期的染料激光器多在液态下工作，与液体染料激光器相比，固态染料激光器结 构紧凑、应用简便、无污染、成本低。自80年代中期以来，固态染料激光增益介质及其相关 器件的研究受到广泛关注，并在材料的制备、激光器件的研制和相关理论的积累等方面都 获得了很大进展。随着全固态可调谐激光器的研制，将为其走出实验室并进一步拓展应用 领域奠定坚实的基础。固体染料激光器的核心部分是工作物质(固体染料激光介质)。固体染料激光介 质的如何制备关系到固体染料激光介质的光学特性，进而影响到固体染料激光器的性能参 数。目前大家普遍采用的是普通本体聚合方法，制备周期比较长，在聚合过程中可能出现分 层或漂白现象，在制备染料共掺固体激光介质中可能两种染料分子量差别比较大，在聚合 过程中容易出现分层现象，在有的共聚过程中放热量很大，导致介质爆聚模具炸裂等。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有固体染料激光介质的制备方法制备周期长，制备过 程中出现分层、漂白或爆聚问题，导致得到的固体染料激光介质的光学特性差的问题，本发 明提供了一种。本专利技术是通过以下步骤实现 的一、聚合单体的精制将经碱洗的甲基丙烯酸甲酯放入盛有干燥剂的干燥器内干燥 2(T28h，然后再在惰性气体保护下，将甲基丙烯酸甲酯进行减压蒸馏，得纯净的甲基丙烯酸 甲酯；二、将经步骤一处理后的MMA和激光染料放入容器中，搅拌15 30min得激光染料溶 液，再向激光染料溶液中加入引发剂偶氮二乙丁氰，再搅拌l(T20min后，过滤，将激光染料 溶液置于容器中，然后密封；其中控制激光染料的掺杂浓度为lX10_5mol/广lX10_3mol/ L，引发剂的用量是每升甲基丙烯酸甲酯中含有0.广5g;三、将步骤二的装有激光染料溶液的密封容器置于7(T9(TC的水浴中，搅拌3(T60min，然后将容器取出；四、继续搅拌经步骤 三处理后的激光染料溶液，当激光染料溶液的温度降至4(T45°C时，将激光染料溶液注入 模具，再将模具密封后置于4(T45°C的恒温水浴中，静置广2天；五、将经步骤四处理后的 模具取出，再置于40°C的烘箱中，然后以广2°C /h的速率升温至80°C，保温8 16h，再以 ο. s^rc /h的速率降至室温，再机械加工即得聚合物基质固体染料激光介质。本专利技术得到的聚合物基质固体染料激光介质的激光输出斜率效率达到48. 57%，其 荧光谱带宽半高宽为46. 5nm ；激光谱线宽约8. 5nm左右，其激光谱中心波长移动量很小。 本专利技术步骤二中将经步骤一精制后的MMA和激光染料放入容器中搅拌前再加入 改性剂，激光染料与改性剂的摩尔比为1:0.5 10。所述的改性剂为光稳定剂三羟甲基丙烷 (TMP)、三乙烯二胺(DABC0)、双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(TinuVin770)、有 机小分子添加剂甲醇(Methanol )、乙醇(Ethanol)等。将激光染料进行改性后，获得高性能 聚合物基质固体染料激光介质，改性后的聚合物基质固体染料激光介质的荧光谱半高宽变 窄，激光谱线宽约8nm左右。激光输出斜率效率增大，为52. 869Γ64. 09%。本专利技术得到的聚合物基质固体染料激光介质再经过切割、车铣，将其加工成圆柱 体形状，然后将两端面进行抛光，就可获得光学均勻性好、端面平面度好的固体染料激光介 质，其激光输出斜率效率达到48. 579Γ64. 09%，其荧光谱带宽均在44rniT47nm范围内，而且 其激光谱中心波长移动量很小，仅在2nm左右，激光谱线宽约8nm左右。本专利技术步骤一中经碱洗的MMA的碱洗方法为用质量浓度为59TlO%的NaOH溶液 洗涤，然后用蒸馏水洗涤至中性即可。经过碱洗，可以除去MMA中的阻聚剂对苯二酚。步 骤三中为了防止在预聚合过程中水浴蒸发的水蒸汽混入染料溶液中，将装有染料溶液的容 器密封；经步骤三处理后的激光染料溶液中形成约质量百分比为109Γ15%的单体MMA转化 为聚合MMA的粘稠溶液。步骤四完成本体聚合。再经步骤五对模具中的固体染料激光介质 逐渐升温(升温速率为广2°C /h)后再缓慢降温(降温速率为0. S^l0C /h)进行退火，使固 体染料激光介质中的聚合反应完全，同时将残留的引发剂完全分解。本专利技术步骤三在高温 (7(T90°C的水浴)条件下完成单体MMA的预聚合，再通过本体聚合和退火完成聚合物基质固 体染料激光介质的制备，制备周期大大缩短。因此，本专利技术采用高温(7(T90°C的水浴)对单体进行预聚合，可以在较短时间内获 得聚合物基质固体染料激光介质。采用预聚合方法有以下好处一是缩短聚合反应的诱导 期并使“凝胶效应”提前到来，以便在灌模前移出较多的聚合热，以利于保证制备的介质均 勻性，防止固体染料激光介质爆聚；二是可以减少聚合时的体积收缩，因MMA由单体变成聚 合体体积要缩小20% 22%，通过预聚合可使收缩率小于12% ；另外浆液(激光染料溶液)粘 度大，有利于防止激光染料在聚合过程中因重力作用发生分层；而且在制备过程中没有漂 白现象的发生。附图说明图1是具体实施方式一的简易工艺流程图；图2是具体实施方式二十三的简易工 艺流程图；图3是具体实施方式二十八至三十得到的聚合物基质固体染料激光介质的荧光 谱曲线图；图4是具体实施方式二十八至三十得到的聚合物基质固体染料激光介质的激光 谱曲线图；图5是具体实施方式三十一至三十三得到的聚合物基质固体染料激光介质的荧光谱曲线图；图6是具体实施方式三十一至三十三得到的聚合物基质固体染料激光介质的 激光谱曲线图；图7是具体实施方式二十八至三十三得到的聚合物基质固体染料激光介质 的激光输出能量与泵浦光能量的关系曲线图。具体实施方式 本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的 任意组合。具体实施方式一本实施方式是通 过以下步骤实现的一、聚合单体的精制将经碱洗的甲基丙烯酸甲酯放入盛有干燥剂的 干燥器内干燥2(T28h，然后再在惰性气体保护下，将甲基丙烯酸甲酯进行减压蒸馏，得纯净 的甲基丙烯酸甲酯；二、将经步骤一处理后的MMA和激光染料放入容器中，搅拌15 30min 得激光染料溶液，再向激光染料溶液中加入引发剂偶氮二乙丁氰，再搅拌l(T20min后，过 滤，将激光染料溶液置于容器中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚合物基质固体染料激光介质的预聚制备方法，其特征在于聚合物基质固体染料激光介质的预聚制备方法是通过以下步骤实现的：一、聚合单体的精制：将经碱洗的甲基丙烯酸甲酯放入盛有干燥剂的干燥器内干燥２０～２８ｈ，然后再在惰性气体保护下，将甲基丙烯酸甲酯进行减压蒸馏，得纯净的甲基丙烯酸甲酯；二、将经步骤一处理后的ＭＭＡ和激光染料放入容器中，搅拌１５～３０ｍｉｎ得激光染料溶液，再向激光染料溶液中加入引发剂偶氮二乙丁氰，再搅拌１０～２０ｍｉｎ后，过滤，将激光染料溶液置于容器中，然后密封；其中控制激光染料的掺杂浓度为１×１０↑［－５］ｍｏｌ／Ｌ～１×１０↑［－３］ｍｏｌ／Ｌ，引发剂的用量是每升甲基丙烯酸甲酯中含有０．１～５ｇ；三、将步骤二的装有激光染料溶液的密封容器置于７０～９０℃的水浴中，搅拌３０～６０ｍｉｎ，然后将容器取出；四、继续搅拌经步骤三处理后的激光染料溶液，当激光染料溶液的温度降至４０～４５℃时，将激光染料溶液注入模具，再将模具密封后置于４０～４５℃的恒温水浴中，静置１～２天；五、将经步骤四处理后的模具取出，再置于４０℃的烘箱中，然后以１～２℃／ｈ的速率升温至８０℃，保温８～１６ｈ，再以０．８～１℃／ｈ的速率降至室温，再机械加工即得聚合物基质固体染料激光介质。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈德应，樊荣伟，姜玉刚，夏元钦，何伟明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]