[发明专利]连续光泵浦的聚合物激光器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种连续光泵浦的聚合物激光器及其制备方法：在平面透明衬底上涂覆有机聚合物的有机溶液，形成有机聚合物薄膜，将具有分布反馈式结构的模板覆在有机聚合物薄膜表面，或者在具有分布反馈式结构的透明衬底上涂覆有机聚合物溶液，形成有机聚合物薄膜，在聚合物薄膜表面覆盖一层平板；有机聚合物为光致发光聚合物；对衬底加热，使其升温至有机聚合物的相转变温度以上，对模板或平板的表面加压1‑100min；缓慢降温，使衬底的温度降至有机聚合物的相转变温度以下，将模板或平板从有机聚合物表面去除，得到连续光泵浦的聚合物激光器。本发明方法简单，使得有机聚合物分子链和超分子结构发生取向长程有序性，获得的激光器可使用连续光泵浦。

技术领域

本发明涉及发光器件领域，尤其涉及一种连续光泵浦的聚合物激光器及其制备方法。

背景技术

自从1960年美国科学家T.H.Maiman报道有机染料能够发射激光的现象，可以溶液加工的固态激光器引起了人们极大的兴趣。目前报道的制备可溶液加工的光学增益介质主要包括有机染料、有机半导体、无机纳米粒子、有机-无机杂化材料等。其中，有机聚合物由于具有较大的分子吸收截面、灵活的分子设计、与柔性基材相容的特点而备受人们关注，在光谱仪、数据通讯、化学传感、照明等领域具有广阔的应用前景。1996年，英国剑桥大学R.H.Friend课题组和美国加州大学A.J.Heeger课题组首先分别报道了基于聚苯撑乙烯PPV材料的聚合物激光器。之后，有机聚合物激光器得到迅猛发展，其目的是实现有机聚合物激光器的微型化和轻量化。

虽然人们对有机聚合物激光器进行了大量研究，但有机聚合物激光器的泵浦光源仍然局限于体积庞大、价格昂贵的飞秒或纳秒脉冲激光器，无法实现微型化和轻量化。其原因是在有机聚合物薄膜中存在严重光损耗。研究表明，光损耗主要起源于聚合物光增益介质中的极化子或三线态激子的光吸收。虽然在大部分有机半导体在光激发是能够产生具有四级能级结构的单线态激子，但单线态激子的寿命基本在皮秒量级。而极化子和三线态激子的寿命却在纳秒到毫秒范围。单线态激子和极化子以及三线态激子之间巨大的寿命差异导致聚合物光增益介质中只有少量的单线态激子存在。极化子或三线态激子的存在导致电子-空穴对的复合以及荧光淬灭。因此，大部分有机聚合物激光器都用脉冲宽度小于极化子或三线态激子寿命的飞秒或纳秒激光器泵浦。由于极化子的形成与聚合物分子之间的距离相关，因此近些年人们主要通过分子设计增大侧链的体积而增大聚合物分子链之间的距离或将聚合物分子链包裹在其他介孔材料中来抑制极化子的形成，成功地制备了准连续光泵浦的有机聚合物激光器。为了抑制三线态激子的形成，人们又发展了将有机聚合物光增益介质中掺杂三线态淬灭剂的方法，也成功地实现了准连续光泵浦的有机聚合物激光器。虽然上述技术能够有效地抑制极化子或三线态激子的形成，从而成功地制备了准连续光泵浦的有机聚合物激光器，但仍然无法实现连续光泵浦的激光器。而连续光泵浦的有机聚合物激光器在光谱仪、光通讯、化学传感、照明等领域具有巨大优势，更适合器件的微型化和轻量化，降低能耗，泵浦光源价格低。

事实上，人们早已实现连续光泵浦的无机半导体固体激光器。其原因是无机半导体材料可以形成单晶，在单晶中原子具有长程有序性，使得激子可以在无极半导体材料中无障碍地传输。而有机聚合物分子链的构象熵较大，同时链间相互作用力较弱。有机聚合物材料的这些本征特点使得聚合物薄膜中分子链难以形成长程有序结构。在无序的聚合物薄膜中，激子在传输过程中有可能在结构缺陷处被俘获，从而降低了单线态激子的数量和寿命。结构缺陷可能包括分子链构象的化学缺陷和晶粒边界等。