[發明專利]基于金屬納米核殼結構-金屬薄膜等離子體復合結構的有機固體激光器及制備方法

有效

• 申請號: 202010136842.5
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111313215B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 寧舒雅;張那明;張一凡;代康;吳元
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01S3/06
• 分類號: H01S3/06;H01S3/16;B82Y30/00
• 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

本發明公開了一種基于金屬納米核殼結構?金屬薄膜等離子體復合結構的有機固體激光器，包括依次層疊設置的襯底、金屬薄膜層、核殼結構層以及增益介質層；其中，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；核殼結構層中殼層材料為隔離介質材料，中心核材料為能夠實現局域表面等離子體效應LSPR的第一金屬納米粒子。本發明巧妙的利用核殼結構的殼層作為隔離層，通過改變殼層厚度，調控LSPR與SPP之間的距離，實現二者間的耦合進而產生強的局域電場，結構更簡單，制備方法更簡便。

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核殼結構-金屬薄膜等離子體復合結構的有機固體激光器及制備方法。

背景技術

隨著有機光電子器件的發展與應用，有機功能材料的激射現象及有機固體激光器件的研究成為近年來國際上研究的熱點。相比于無機材料而言，基于有機半導體材料的激光器有很多優點，如制備工藝簡單、成本低廉、材料豐富、出射波長易于調諧等，在軍事、醫療、通訊、科研等領域擁有巨大的市場前景，因此受到國內外研究者廣泛關注。

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。其中，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。

目前，人們已經通過多種方式減少金屬電極對染料分子的熒光猝滅和損耗。如引入分布反饋式光柵結構的金屬電極，利用低功函數的金屬陰極，引入薄的聚合物或金屬電極氧化物隔離層減小金屬電極對增益介質的負效應等。然而，雖然這使基于金屬薄膜的有機固體激光器的激射性能不同程度的得到改善，但金屬電極對染料分子的猝滅依然無法有效避免，這成為有機固體激光領域中的關鍵問題，同時也是實現電泵浦有機固體激光器中迫切需要解決的障礙之一。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，具有重要的研究意義。

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核殼結構-金屬薄膜等離子體復合結構的有機固體激光器及制備方法。

本發明的第一個目的是提供一種基于金屬納米核殼結構-金屬薄膜等離子體復合結構的有機固體激光器，包括依次層疊設置的襯底、金屬薄膜層、核殼結構層以及增益介質層；

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；所述核殼結構層中殼層材料為隔離介質材料，中心核材料為能夠實現局域表面等離子體效應LSPR的第一金屬納米粒子。

優選地，所述核殼結構層中的第一金屬納米粒子為金、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納米顆粒。

更優選地，所述核殼結構層中的隔離介質材料為金屬或非金屬氧化物，厚度為1-100nm。

更優選地，所述核殼結構層中的隔離介質材料選自SiO₂或TiO₂。

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。

更優選地，所述第二金屬納米粒子選自金、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納米顆粒；或，選自與所述核殼結構層相同定義的核殼結構；所述第二金屬納米粒子與所述核殼結構層相同或不同。