[發明專利]基于金屬納米薄膜的低閾值有機固體激光器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010136840.6
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111276864A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 寧舒雅;代康;張那明;張一凡;吳元
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01S3/02
• 分類號: H01S3/02;H01S3/14;H01S3/16
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 梁靜

本發明公開了基于金屬薄膜的低閾值有機固體激光器及其制備方法，該激光器包括依次層疊設置的襯底、金屬薄膜層、第一金屬納米粒子層和增益介質層；金屬薄膜層為能夠產生等離子體效應SPP的金屬薄膜，第一金屬納米粒子層為能夠實現等離子體效應LSPR的金屬納米粒子；增益介質層內隨機分布有一定摻雜濃度的具有LSPR效應的第二金屬納米粒子。本發明在第一金屬納米粒子與金屬薄膜組成的等離子體復合結構基礎之上，通過在增益介質層摻雜第二金屬納米粒子使增益介質的激射性能增強；同時第一金屬納米粒子層及金屬薄膜還能分別與其附近的增益介質里的第二金屬納米粒子實現等離子體耦合，進一步增強電場，進而顯著增強增益介質激射性能。

技術領域

本發明涉及激光器技術領域，具體為一種基于金屬納米薄膜的低閾值有機固體激光器及其制備方法。

背景技術

有機固體激光器具有制備工藝簡單、成本低廉、材料豐富、出射波長易于調節等眾多優點，因此在軍事、醫療、通訊、科研等領域擁有巨大的市場前景，并受到國內外研究者的廣泛關注。

目前，有機固體激光器在光泵浦方面已取得很大進展，隨著人們對光電器件的進一步認識，實現電泵浦有機固體激光器成為人們追求的目標。金屬電極在電泵浦有機固體激光器中是必不可少的，然而由于金屬電極對其附近的熒光分子發射光有很強的猝滅和吸收損耗，導致有機功能材料的激射閾值過高，難以實現電泵浦有機固體激光器，因此，避免金屬電極對有機功能材料的光猝滅及吸收損耗，進一步降低有機分子及其體系的激射閾值，不僅有助于實現低閾值光泵浦有機固體激光器，也是實現電泵浦有機固體激光器的前提條件之一。

發明內容

為了解決現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于金屬納米薄膜的低閾值有機固體激光器及其制備方法。

本發明的第一個目的是提供一種基于金屬納米薄膜的低閾值有機固體激光器，包括依次層疊設置的襯底、金屬薄膜層、第一金屬納米粒子層和增益介質層；

其中，所述金屬薄膜層為能夠產生非局域表面等離子體效應SPP的金屬薄膜，所述第一金屬納米粒子層由能夠實現局域表面等離子體效應LSPR的金屬納米粒子組成；所述增益介質層內隨機分布有第二金屬納米粒子，所述第二金屬納米粒子為能夠實現局域表面等離子體效應LSPR的金屬納米粒子，所述增益介質層內第二金屬納米粒子的摻雜濃度為1×10^-8g/cm³-9×10^-2g/cm³。

優選地，該低閾值有機固體激光器還包括第一隔離介質層和/或第二隔離介質層；所述第一隔離介質層層疊設置于所述金屬薄膜層與所述第一金屬納米粒子層之間，所述第二隔離介質層層疊設置于所述第一金屬納米粒子層與增益介質層之間。

更優選地，所述第一金屬納米粒子層和所述第二金屬納米粒子分別獨立選自金、銀、鉑材質的納米球、納米棒、納米立方、納米三角形、納米線或各種納米尺寸形狀的金屬納米粒子；所述第一金屬納米粒子與所述第二金屬納米粒子相同或不同。

更優選地，所述增益介質層內第二金屬納米粒子的摻雜濃度為8.95×10^-6g/cm³-2.61×10^-3g/cm³。

更優選地，所述第一隔離介質層和所述第二隔離介質層均為SiO₂層、LiF層、聚苯乙烯、聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸甲酯層，厚度為1-100nm。

優選地，所述金屬薄膜層為厚度為10-100nm的銀薄膜或金薄膜。

優選地，所述增益介質層的材料包括高分子聚合物和激光染料，所述高分子聚合物與所述激光染料的質量比1～80：1。

更優選地，所述高分子聚合物為聚苯乙烯、聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸甲酯；所述激光染料為紅光激光染料或藍光激光染料，其光發射波長均在可見光范圍內。