基于有机激光染料的光学有源器件的制备研究

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有机激光染料因其具有较低的制备成本,较低的环境毒性、较好的可调谐性等特性而受到越来越广泛的关注。而在可见光波段,有机激光染料相比于无机物而言,具有独特的光学性质等极富竞争能力的优势特点,使得其获得较为广阔的应用空间。光学有源器件目前正广泛应用于各行各业多个领域,例如通信、激光、雷达探测、传感、显示、医疗等。其中尤其是现代光通信,光学探测传感等领域有着举足轻重的地位。传统的光学有源器件主要包括激光器,传感器,有源放大器等。光学传感器(Optical Sensor)相较于传统的电学传感器而言,具有更高的灵敏度以及更快的响应速度,同时其抗外界干扰的能力显著,因此受到越来越多的关注。而与此同时,针对于不同的自然环境、以及生理医学环境等领域的特定测试需求,基于有机激光染料的传感系统或器件均可以满足,因此其应用范围较广泛。固体激光器(Solid-state Laser)是未来激光器发展的主流方向之一,因为其具有体积小,轻便的特性,同时固体介质相比液体而言的生物毒性较小,使用相对安全。而这其中,固体染料激光器不仅有固体激光器的上述优点,更兼具染料溶液激光在可见光波长范围内的可调谐性。同时与溶液状态下不同,有机染料分子在固体基质中不会发生团聚现象,是相对孤立的,这就避免了许多因染料分子与基质环境之间的相互作用而产生的复杂光学现象。光放大器(Optical Amplifier)是一种基于发光物质的增益性质,通过外界输入能量进行泵浦,进而产生的受激辐射现象,并且能在保持原输入光信号频率和相位不变情况下,将光信号强度放大的器件。光放大器广泛应用于各个行业。而与以稀土元素制备的传统的无机光放大器不同,有机激光染料在可见光波段拥有较好的可调谐性。本文主要利用有机激光染料的特定光学性质,制备有机有源光学器件,包括p H传感器,固体激光器及薄膜放大器。本文的工作主要是(1)使用荧光素钠作为工作介质,实现利用ASE光谱峰值波长作为标定的方式设计一套对溶液p H值进行测定的光学传感器。利用4mg/m L的荧光素钠溶液,在p H范围在3~11的范围内实现精度为1的传感测定,并且可以对不发光有色溶液进行p H检测。(2)利用有机激光染料优越的增益性能,选择聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为基质,以苝橙(lumogen orange)作为工作介质,制备具有较好的激光性能的固体染料激光器。用浓度为0.001 mmol/m L的lumogen orange的MMA溶液,在低温60度条件聚合后制备出中心波长为575 nm的黄光固体激光增益介质,并可以通过掺杂溶剂或香豆素小分子的方式提升其稳定性。(3)利用香豆素460(Coumarin 460,C460)与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混制备薄膜,从而实现有机薄膜光放大器的设计。用浓度为20 mg/m L的C460甲苯溶液,通过掺入PMMA的方式制备薄膜,实现6.4 d B的光放大增益。
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