[发明专利]一种有机共晶增益材料及其制备方法和在激光性能中的应用

说明书

本发明提供了一种有机共晶增益材料及其制备方法和在激光性能中的应用，所述有机共晶增益材料的分子间相互作用的不同导致他们组装成特定的微纳结构(例如微米片、微米环)；所述具有特定微纳结构的有机共晶增益材料可作为高质量的光学谐振腔体，为共晶的受激辐射提供光学反馈和模式选择；所述有机共晶增益材料的卤键间的相互作用，仅仅带来了微弱的电荷转移，从而在共晶中保留了有利的四能级结构以实现最终的激光辐射；同时，改变卤键给体可调控所述有机共晶增益材料的分子间相互作用，进而改变组装结构和能级结构，最终实现对共晶激光性质的调控。在所述材料中首次实现了共晶的光泵浦激光辐射，并且通过改变卤键给体调节激光性质。

技术领域

本发明属于有机微纳激光技术领域，具体涉及一种新型有机共晶增益材料及其制备方法和在激光性能中的应用。

背景技术

微型化激光器在高通量传感、三维成像、集成光子学回路等领域中展示了潜在的应用而受到广泛关注。有机材料作为一种引人注目的增益介质，不仅在调节谐振微腔结构方面显示出巨大的优势，还展现了优异的宽带增益性能，这与其丰富的分子间相互作用及可调节的能级和激发态过程是分不开的。更重要的是，有机分子间的弱相互作用可驱动P型和N型分子的协同组装以得到具有双极传输性质的复合结构。这样的复合结构对于实现电泵浦有机激光非常重要。有机共晶是由两种或两种以上的中性分子组分在分子间弱相互作用下，以固定的化学计量比结合而成的结构单元按次序重复排列的多组分分子晶体。它们不仅保留了各自组分固有的一些性质，还能通过协同效应和集合效应使得晶体展现出更多新颖的光电性质，尤其是强的固态发光和双极传输特性。然而，目前基于共晶材料的受激发射仍然是一个巨大的挑战。这可能是由下面两个原因导致的：1.一种合适的能级结构，如四能级体系，对于粒子数反转是非常必要的。然而，目前缺乏一个有效的手段去调控共晶的能级结构。2.目前报道的共晶很多是电荷转移共晶，但其中的强电荷转移跃迁会带来一个非辐射失活通道，这就使得我们难以得到足够的光学增益。此外，在形成具有特定功能的共晶的材料的选择上还有很多随机性和不确定性。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明提供一种有机共晶增益材料及其制备方法和在激光性能中的应用；所述有机共晶增益材料是一种具有能够实现粒子数反转的能级结构的增益材料，其可以用于制备有机微纳激光器。

本发明提供一种有机共晶增益材料，所述有机共晶增益材料包括卤键给体和卤键受体，其中所述卤键给体和卤键受体通过卤键键合连接。

根据本发明的实施方案，所述有机共晶增益材料具有微纳结构。

根据本发明的实施方案，所述有机共晶增益材料在卤键给体组分和卤键受体组分间弱相互作用的驱动下，利用有机分子液相自组装，得到了不同于单组份的特定的微纳结构。

根据本发明的实施方案，所述微纳结构可以是微米片或微米环。

根据本发明的实施方案，所述有机共晶增益材料由卤键给体和卤键受体组成。

根据本发明的实施方案，所述卤键为-X···Y-，其中，X为F，Cl，Br，I中的一种，Y为N，O，S，π键，Cl，Br，I中的一种。

优选地，所述卤键为-I···Y-，其中，Y为N，O，π键中的至少一种。

根据本发明的实施方案，所述卤键受体选自具有合适能级结构的质子转移分子，如式(I)所示的化合物：

其中，R₁为烷基或烷氧基。

优选地，R₁为C1-6的烷基或C1-6的烷氧基，优选地，R₁为C1-3的烷氧基。

示例性地，所述卤键受体选自式(I’)所示的化合物MPI，