聚合物基质固体染料激光介质的研制与改性研究

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染料激光因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,在医疗、遥感、光谱分析等领域得到广泛应用。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,因此固体染料激光器是目前染料激光器研究的一个热点。本论文首先对可调谐激光的发展、研究进展及应用进行了简单回顾,然后对固态激光染料的基本理论,制备进行了分析和讨论。在此基础上,进行了两种固体染料的制备,即有机聚合物基质(聚甲基丙烯酸甲酯, PMMA)的固体染料的制备和溶胶-凝胶固体染料的制备,实验制备了掺杂不同浓度的PM系列、若丹明系列、香豆素系列、DCM、聚合物基质的固体染料,对固体染料进行了吸收谱、荧光谱、激光谱和斜率效率进行了研究,研究表明固体染料都具有很宽的荧光谱,荧光谱的半高宽(带宽)为30~50nm,固体染料的激光谱是一种宽带激光谱,激光谱的半高宽~10nm,获得了较高的斜率效率在10%~50%之间。为了提高固态激光染料的抗损伤阈值和光稳定性,对改性方法进行了广泛的研究。1)小分子改性。通过聚合基质中添加小分子(酒精等),来增加聚合物大分子间的阻尼力,提高染料的抗损伤阈值;2)两种聚合单体共聚。采用共聚基质,提高固体染料抗损伤阈值和使用寿命; 3)添加稳定剂。向聚合物基质中添加光稳定剂(DABCO),除掉固体染料中游离态的氧,从而延长固体染料的使用寿命;4)激光染料共掺。染料多种染料共掺不但可以扩展固体染料的波长范围,不同染料还可以发生能量转移,提高固体染料的效率。实验制备了PM系列、若丹明系列等染料在酒精改性的MPMMA基质,P(MMA+HEMA)基质和P(MMA+HPMA)基质的固体染料;制备了PM系列、若丹明系列,香豆素系列和DCM系列等共掺的固体染料。对改性固体染料的光学特性和光稳定性进行了研究,实验表明,通过共聚物基质的光稳定性要高于纯的MMA共聚;对于共聚的基质(HEMA:MMA=1:1),在调Q倍频的YAG激光(160mJ/pulse, 10HZ)泵浦下,获得了7.80GJ/mol的归一化光稳定性,比纯单体共聚的PMMA介质提高了6倍;对于共聚的基质(HPMA: MMA=1:9),在调Q倍频的YAG激光(183mJ/pulse, 10HZ)泵浦下,获得了高达5.08GJ/mol的归一化光稳定性;在泵浦光能量减小到~17.5mJ的情况下,HEMA和MMA体积比为1:1共聚的基质,固体染料的寿命在123000次以上,归一化光稳定性为15.2GJ/mol。
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