[发明专利]一种蓝光随机激光器

说明书

本发明随机激光器在照明、辨识、生物标记、医学成像和变色玻璃等方面具有巨大的应用潜力。蓝光随机激光器由于其发出蓝色可见光，并且泵浦光为紫外不可见光从而避免泵浦光对随机激光的干扰以及可以为白光随机激光器的制备提供蓝光原色等优点，具有巨大的应用价值。通过用355nm紫外光泵浦参有蓝光染料和纳米金属粒子的高分子聚合物薄膜，可以实现蓝关随机激光的输出。本发明为在衬底上旋涂一层参有蓝光染料和纳米金属粒子的高分子聚合物薄膜的蓝光随机激光器，泵浦光从高分子聚合物薄膜表面垂直射入膜内，激发出膜内的蓝光染料产生放大自发辐射而发射出蓝光，与膜内的纳米金属表面的等离子体产生共振而得到放大，发射出蓝光随机激光。

技术领域

本发明是一种蓝光随机激光器，它是利用在高分子薄膜中的蓝光染料在355nm紫外光泵浦下的发射光与分散在薄膜中的纳米金属颗粒的表面等离子体形成共振，使得染料的发射光得到增强，线宽得到压窄，实现蓝光随机激光的输出。该发明设计是一种高效的蓝光随机激光发生装置，并为未来制备白光随机激光器提供蓝光原色。

背景技术

随机激光器在照明、辨识、生物标记、医学成像和变色玻璃等方面具有巨大的应用潜力。蓝光随机激光器由于其发出蓝色可见光，并且泵浦光为紫外不可见光从而避免泵浦光对随机激光的干扰以及可以为白光随机激光器的制备提供蓝光原色等优点，具有巨大的应用价值。

关于红光随机激光和绿光随机激光的报道比较普遍，至今没有见到有关蓝光随机激光器的报道，因此设计制备蓝关随机激光器十分具有研究价值。

实验发现，用355nm的紫外光泵浦分散有纳米银和蓝光染料的聚苯乙烯薄膜时，纳米银表面的等离子体易于与泵浦光和染料的发射光形成等离子体共振，从而提高蓝光染料的发光性能，发射出线宽很窄的蓝光随机激光。目前的蓝光发光设备大多来自于氮化镓和铟氮化镓等半导体材料，制备工艺复杂，成本较高。相比之下，蓝光随机激光的制备简单，成本较低，并且具有可调谐的特性。

本发明设计的思路是利用分散在聚苯乙烯薄膜中的纳米银与蓝光染料的发射光之间的等离子体共振作用，提高蓝光的受激发射性能。

发明内容

本发明的实用性是纳米金属颗粒与泵浦光和染料的发射光形成等离子体共振，极大提高纳米金属表面的电磁场强度，使得蓝光染料更容易实现受激发射产生蓝光随机激光。

其过程是：泵浦光镜柱面镜横向扩束和纵向聚焦之后形成线型光，通过光阑调整泵浦光泵浦在薄膜表面的长度。泵浦光进入薄膜之后激发蓝光染料产生放大自发辐射，染料的发射光与分散在薄膜中的纳米金属表面的等离子体形成共振，从而使得纳米金属附近的电磁场强度极大地增强，激发该区域的染料产生受激发射，经过在纳米金属表面和薄膜表面多重散射和全反射之后不断得到放大，并最终向各个方向发射随机激光。

本发明的技术解决方案如下：

一种蓝光随机激光器，包括紫外光光源和一层涂在衬底上的高分子聚合物薄膜，于薄膜的内部含有蓝光染料，并分散有纳米金属颗粒；紫外光光源发出的紫外光照射到薄膜上，于薄膜处产生蓝光。

所述的衬底为透明衬底，衬底对蓝光波段400-480nm的透过率为90％以上。

所述的衬底为透明石英、玻璃、塑料或石墨烯衬底。

所述的高分子薄膜为透明薄膜，薄膜对波长在400-480nm的蓝光吸收率在10％以下。

所述的高分子薄膜为聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚丙烯酸脂、聚乙二醇中的一种或两种以上；蓝光染料为Exalite411、Exalite417、STILBENE 420中的一种或两种以上；纳米金属颗粒与蓝光染料的物质的量之比为1:64-1:1，蓝光染料与高分子薄膜的质量比为1:40-1:5，薄膜厚度为50nm-500μm。

所述的纳米金属颗粒的粒径分布在1-100nm之间，将其分散于溶剂当中时，其等离子体共振吸收峰在400-480nm。