[發明專利]一種光控寬譜可切換單模激光器及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011263158.X
• 申請日: 2021-02-25
• 公開（公告）號: CN114976835A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 趙永生;喬嬋;張春煥
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08;H01S3/102;H01S3/16
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 聶稻波;呂少楠

本發明公開一種光控寬譜可切換單模激光器及其制備方法和應用。動態能量轉移過程是由具有的光異構化過程的光致變色分子作為受體實現的；所述光異構化過程是由光致變色分子的光誘導結構轉變引起的，其中一種異構體作為能量受體，光控受體濃度改變可有效調節給受體之間的能量轉移過程，實現寬譜可調的微納激光。單模激光由耦合諧振腔實現，耦合諧振腔可為增益介質的受激輻射提供光學反饋和模式選擇，實現單模激光的出射；所述寬譜可調的單模激光器是通過對耦合結構內的兩個諧振腔內能量轉移過程分別調控實現的，不僅拓寬了激光波長的調節范圍，同時實現了在同一體系內雙波長的可控切換；所述寬譜可調的單模激光器可用于高密度地光子學集成。

技術領域

本發明屬于有機微納激光技術領域，具體涉及一種光控寬譜雙色可切換單模激光器及其制備方法和應用。

背景技術

有機微納激光器由于其具有在微納尺度下提供強相干光的特點，在生物化學傳感、激光顯示和集成光子學回路等領域中具有廣闊的應用前景。隨著小型化集成光子學回路的發展，人們要求微納激光器具有更高的信息密度和帶寬，因此希望這些激光器同時具備輸出波長可切換及高的光譜純度的特點，即波長可切換單模激光器。有機光功能材料具有豐富的能級結構和激發態過程，為構筑多波長可切換的激光器提供了理想的材料平臺。然而，由于單種增益介質的帶隙寬度相對有限，基于單增益介質構筑的波長可切換激光器的調諧范圍十分受限。共振能量轉移過程(FRET)可以實現從給體分子到受體分子的能量轉移，有效地擴展了激光輸出波長的調諧區間，因此有望實現寬譜可切換的激光。然而，通常FRET效率受給體和受體化學計量比控制，一旦體系中激光染料的濃度固定，其輸出激光的波長往往恒定，難以基于這種機制實現輸出激光波長的動態調控，從而限制了其在可切換激光中的應用。因此，發展一種給受體化學計量比動態可調控的FRET激光系統將十分有利于構筑寬譜可切換的單模微納激光器。

發明內容

為了改善現有技術的不足，本發明采用如下技術方案：

一種光控寬譜可切換單模激光器，所述光控過程由可控光異構化的光致變色分子實現，光致變色增益材料中的異構化過程可實現對能量轉移受體的濃度調節，用于動態控制微腔增益區間的變化；所述單模激光器由可控加工制備的耦合雙盤結構實現。

本發明還提供上述光控寬譜可切換單模激光器的制備方法，所述方法包括如下步驟：

1)聚合物LOR膠作為微腔結構的支柱部分，在導電基底上旋涂成膜，加熱烘干，除去溶劑，得到LOR膠薄膜樣品；

2)將給受體增益介質均勻分散在聚合物光刻膠的氯苯溶液中，在步驟1) 所得的LOR膠薄膜樣品上旋涂成膜，加熱烘干，除去溶劑，得到涂覆染料摻雜的聚合物光刻膠基底；

3)按照預先設計好的圖案，采用電子束刻蝕(EBL)法，在步驟2)制備的聚合物薄膜樣品上制備得到耦合微腔的結構；

4)將步驟3)得到的樣品用顯影液進行顯影和定影，得到聚合物耦合微腔結構；

5)將步驟4)得到的樣品用LOR顯影液進行顯影和定影，在聚合物微盤下部形成底切結構，得到帶有支撐結構的有機微納激光器，即為所述光控寬譜可切換單模激光器。

本發明還提供上述光控寬譜可切換單模激光器的調節方法，利用上述有機微納器件的制備方法，制得有支撐結構的單個圓形有機微納激光器，通過紫外照射可控制光致變色分子的光異構化過程，可以有效地調節微腔內受體的濃度，從而調節給受體之間的能量轉移過程，進而實現寬譜可切換的微納激光。

優選地，上述光控寬譜可切換激光器的調節方法包括如下步驟：

1)將耦合微盤同時作為光學增益單元和激光濾波單元，未對微盤實施紫外照射，兩個微腔同時實現給體單模激光的出射；

2)在步驟1)的基礎上，對耦合結構其中一個微盤實施紫外照射，兩個不同發光顏色的微盤分別作為增益單元和濾波單元，可同時實現給體和受體的單模激光出射；