激光器的多層平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及多波長有機(jī)激光器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光器的制備方法，特別是涉及一種多色激光器的制備方法，應(yīng)用于多波長有機(jī)激射技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一門新興的科學(xué)技術(shù)，有機(jī)固體發(fā)光二極管憑借其小體積、低成本、易于制造且能在柔性基板上實(shí)現(xiàn)、波長范圍涵蓋藍(lán)光到遠(yuǎn)紅外等優(yōu)點(diǎn)逐步受到人們的重視。最近，在可見光范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多波長的有機(jī)激光振蕩已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，這是無機(jī)半導(dǎo)體激光器無法比擬的。一般來說，因為進(jìn)行光譜分析需要提供多波段激光，導(dǎo)致了分析系統(tǒng)中包含體積龐大氣體激光器、固體激光器來提供光源，因此目前多波長激光分析系統(tǒng)都是龐大的。所以，一種基于芯片實(shí)驗室、能集成多激光的納米尺寸的分析設(shè)備提出具有非常重要的意義。
[0003]多色激光是一個很有前景的技術(shù)。然而，不同的無機(jī)材料很難生長在一個基板上，因此多色激光在無機(jī)半導(dǎo)體激光器內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)。另一方面，在有機(jī)激光器的研究歷程中，最近有研究人員通過染料混合來獲得多色激光，但是這種染料混合產(chǎn)生的激光十分難調(diào)節(jié)其比例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種激光器的多層平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)及多波長有機(jī)激光器的制備方法，引入了相對于有機(jī)染料有較低的折射率，且對栗浦能量吸收很低的材料來充當(dāng)間隙層，制備多層平板波導(dǎo)之間的插入層，提高了光在平板波導(dǎo)光耦合和能量限制作用，在光栗浦的激勵下，通過利用低折射率透明層/高反射率金屬層調(diào)制得到低閾值多波長激射激光。
[0005]為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，采用下述技術(shù)方案:
一種激光器的多層平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，由至少兩個平板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元級聯(lián)組成多層平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在相鄰的兩層平板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元之間設(shè)置中間調(diào)制層，中間調(diào)制層通過采用低折射率的超厚透明層-高反射率的超薄金屬層-低折射率的超厚透明層的第一種復(fù)合層，或者通過采用高反射率的超薄金屬層-低折射率的超厚透明層-高反射率的超薄金屬層的第二種復(fù)合層，中間調(diào)制層與相鄰設(shè)置的激光染料層形成平板波導(dǎo)單元，高反射率的超薄金屬層的厚度不大于20 nm，低折射率的超厚透明層的厚度為80-500 nm，高反射率的超薄金屬層的折射率和低折射率的超厚透明層的折射率皆小于激光染料層分子的折射率。本發(fā)明為了獲得多波段高增益的自發(fā)輻射光放大(ASE)，中間調(diào)制層的加入能夠?qū)SE限制在一個染料活性層中。然而，金屬層太薄將無法將栗浦能量限制在一個平板波導(dǎo)中，活性層與金屬層的熒光淬滅也是實(shí)現(xiàn)多波長低閾值激光的另一個難題。為了解決這些問題，我們引入了相對于有機(jī)染料有較低的折射率，且對栗浦能量吸收很低的材料來充當(dāng)間隙層。在光栗浦的激勵下，我們最終獲得了多波段低閾值激光。
[0006]優(yōu)選上述激光染料層的材料為小分子的DCM、PBD或DSB，或者為共軛聚合物聚苯乙烯或其衍生物，或為聚芴類材料，或者激光染料層的材料以將有機(jī)小分子材料擴(kuò)散在具有良好成膜性能的材料PMMA或PVK中成膜。
[0007]—種具有本發(fā)明多層平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的多波長有機(jī)激光器的制備方法，包括如下步驟:
a.準(zhǔn)備基板；
b.采用沉積、濺射或旋涂方法，在基板上制備第一種有機(jī)激光染料層；
c.采用沉積、濺射或旋涂方法，在第一種有機(jī)激光染料層上繼續(xù)依次制備厚度為80-500 nm的低折射率透明層、厚度不大于20 nm的高反射率超薄金屬層和厚度為80-500nm的低折射率透明層，形成第一層中間調(diào)制層，使第一層中間調(diào)制層、第一種有機(jī)激光染料層以及基板三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成了第一個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元，采用低折射率透明層來將栗浦能量限制在每個平板波導(dǎo)中，同時減少在金屬和染料的界面產(chǎn)生熒光淬滅，以減小閾值，實(shí)現(xiàn)多波長的低閾值的激光；
d.采用沉積、濺射或旋涂方法，在第一層中間調(diào)制層的低折射率透明層上繼續(xù)制備第二種有機(jī)激光染料層；
e.采用沉積、濺射或旋涂方法，在第二種有機(jī)激光染料層上再繼續(xù)依次制備厚度為80-500 nm的低折射率透明層和厚度不大于20 nm的高反射率超薄金屬層，形成第二層中間調(diào)制層，使第二層中間調(diào)制層和第二種有機(jī)激光染料層構(gòu)成了第二個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元，第一個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元和第二個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元結(jié)合形成雙波長平板結(jié)構(gòu)；
f.完成多波長有機(jī)激光器的制備；或者繼續(xù)采用沉積、濺射或旋涂方法，在第二層中間調(diào)制層的高反射率超薄金屬層上繼續(xù)制備厚度為80-500 nm的低折射率透明層，使第二個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元中增加低折射率透明層，然后再在第二個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元中的低折射率透明層之上，采用沉積、濺射或旋涂方法制備又一種有機(jī)激光染料層、厚度為80-500 nm的低折射率透明層和厚度不大于20 nm的高反射率超薄金屬層，繼續(xù)形成又一層中間調(diào)制層，進(jìn)而形成后續(xù)的又一個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元，形成三波長平板結(jié)構(gòu)；或者以本步驟方法繼續(xù)制備后續(xù)的又一個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元，直到多波長有機(jī)激光器的制備。
[0008]上述高反射率的超薄金屬層的折射率和低折射率的超厚透明層的折射率皆小于激光染料層分子的折射率。
[0009]上述高反射率的超薄金屬層的折射率和上述低折射率的超厚透明層的折射率皆優(yōu)選小于1.70。
[0010]上述低折射率的超厚透明層的折射率優(yōu)選小于1.52。
[0011]作為優(yōu)選的技術(shù)方案，在每層有機(jī)激光染料層制備過程中，采用沉積方法成膜時，控制沉積速率接近1.0 A/s。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明通過將加入金屬層將自發(fā)輻射光放大限制在染料活性層中，達(dá)到實(shí)現(xiàn)自發(fā)輻射光放大(ASE)的目的，同時通過加入低折射率透明間隔層降低金屬層與染料活性層的熒光淬滅，并將栗浦能量集中在光波導(dǎo)里，為低閾值多波段有機(jī)激光器的實(shí)現(xiàn)提供了一種思路及方法；
2.本發(fā)明通過并聯(lián)或堆棧排布不同工作波長的平板波導(dǎo)層來獲得多色激光，設(shè)置連接平板波導(dǎo)的中間層是獲得多色激光的一個簡單可行的方案，又有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一多波長有機(jī)激光器的制備方法制備的雙層平板波導(dǎo)原理圖。
[0014]圖2是本發(fā)明實(shí)施例一多波長有機(jī)激光器的制備方法制備的雙層平板波導(dǎo)性能圖。
[0015]圖3是本發(fā)明實(shí)施例二多波長有機(jī)激光器的制備方法制備的三層平板波導(dǎo)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下:
實(shí)施例一:
在本實(shí)施例中，參見圖1和圖2，一種激光器的雙波段低閾值平板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，由兩個平板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元級聯(lián)組成多層平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在兩層平板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元之間設(shè)置中間調(diào)制層，中間調(diào)制層通過采用低折射率的超厚透明層-高反射率的超薄金屬層-低折射率的超厚透明層的第一種復(fù)合層，或者通過采用高反射率的超薄金屬層-低折射率的超厚透明層-高反射率的超薄金屬層的第二種復(fù)合層，中間調(diào)制層與相鄰設(shè)置的激光染料層形成平板波導(dǎo)單元，高反射率的超薄金屬層的厚度為20 nm，低折射率的超厚透明層的厚度為200nm，高反射率的超薄金屬層的折射率和低折射率的超厚透明層的折射率皆小于激光染料層分子的折射率。本實(shí)施例高反射率金屬層調(diào)制層的引入可以將自發(fā)輻射光放大限制在染料活性層中，通過在染料活性層和金屬調(diào)制層中加入低折射率透明層可以降低熒光淬滅，并將栗浦能量集中在光波導(dǎo)里。
[0017]在本實(shí)施例中，參見圖1和圖2，一種具有雙層平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的雙波段有機(jī)激光器的制備方法，包括如下步驟:
a.采用潔凈的折射率為1.52的透明玻璃，作為玻璃基板I ;
b.采用沉積方法，在玻璃基板I上制備第一種有機(jī)激光染料層2;
c.采用沉積方法，在第一種有機(jī)激光染料層2上繼續(xù)依次制備厚度為200nm的第一低折射率透明LiF層3、厚度為20 nm的第一高反射率超薄Ag金屬層4和厚度為200 nm的第二低折射率透明LiF層5，形成第一層中間調(diào)制層，使第一層中間調(diào)制層、第一種有機(jī)激光染料層2以及玻璃基板I三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成了第一個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元；
d.采用沉積方法，在第一層中間調(diào)制層的第二低折射率透明LiF層5上繼續(xù)制備第二種有機(jī)激光染料層6 ;
e.采用沉積方法，在第二種有機(jī)激光染料層6上再繼續(xù)依次制備厚度為200nm的第三低折射率透明LiF層7和厚度為20 nm的第二高反射率超薄Ag金屬層8，形成第二層中間調(diào)制層，使第二層中間調(diào)制層和第二種有機(jī)激光染料層6構(gòu)成了第二個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元，第一個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元和第二個波導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元結(jié)合形成雙波長低閾值平板結(jié)構(gòu)，完成雙波段有機(jī)激光器的制備。<