[发明专利]基于金属纳米薄膜的低阈值有机固体激光器及其制备方法

说明书

本发明公开了基于金属薄膜的低阈值有机固体激光器及其制备方法，该激光器包括依次层叠设置的衬底、金属薄膜层、第一金属纳米粒子层和增益介质层；金属薄膜层为能够产生等离子体效应SPP的金属薄膜，第一金属纳米粒子层为能够实现等离子体效应LSPR的金属纳米粒子；增益介质层内随机分布有一定掺杂浓度的具有LSPR效应的第二金属纳米粒子。本发明在第一金属纳米粒子与金属薄膜组成的等离子体复合结构基础之上，通过在增益介质层掺杂第二金属纳米粒子使增益介质的激射性能增强；同时第一金属纳米粒子层及金属薄膜还能分别与其附近的增益介质里的第二金属纳米粒子实现等离子体耦合，进一步增强电场，进而显著增强增益介质激射性能。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体为一种基于金属纳米薄膜的低阈值有机固体激光器及其制备方法。

背景技术

有机固体激光器具有制备工艺简单、成本低廉、材料丰富、出射波长易于调节等众多优点，因此在军事、医疗、通讯、科研等领域拥有巨大的市场前景，并受到国内外研究者的广泛关注。

目前，有机固体激光器在光泵浦方面已取得很大进展，随着人们对光电器件的进一步认识，实现电泵浦有机固体激光器成为人们追求的目标。金属电极在电泵浦有机固体激光器中是必不可少的，然而由于金属电极对其附近的荧光分子发射光有很强的猝灭和吸收损耗，导致有机功能材料的激射阈值过高，难以实现电泵浦有机固体激光器，因此，避免金属电极对有机功能材料的光猝灭及吸收损耗，进一步降低有机分子及其体系的激射阈值，不仅有助于实现低阈值光泵浦有机固体激光器，也是实现电泵浦有机固体激光器的前提条件之一。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于金属纳米薄膜的低阈值有机固体激光器及其制备方法。

本发明的第一个目的是提供一种基于金属纳米薄膜的低阈值有机固体激光器，包括依次层叠设置的衬底、金属薄膜层、第一金属纳米粒子层和增益介质层；

其中，所述金属薄膜层为能够产生非局域表面等离子体效应SPP的金属薄膜，所述第一金属纳米粒子层由能够实现局域表面等离子体效应LSPR的金属纳米粒子组成；所述增益介质层内随机分布有第二金属纳米粒子，所述第二金属纳米粒子为能够实现局域表面等离子体效应LSPR的金属纳米粒子，所述增益介质层内第二金属纳米粒子的掺杂浓度为1×10^-8g/cm³-9×10^-2g/cm³。

优选地，该低阈值有机固体激光器还包括第一隔离介质层和/或第二隔离介质层；所述第一隔离介质层层叠设置于所述金属薄膜层与所述第一金属纳米粒子层之间，所述第二隔离介质层层叠设置于所述第一金属纳米粒子层与增益介质层之间。

更优选地，所述第一金属纳米粒子层和所述第二金属纳米粒子分别独立选自金、银、铂材质的纳米球、纳米棒、纳米立方、纳米三角形、纳米线或各种纳米尺寸形状的金属纳米粒子；所述第一金属纳米粒子与所述第二金属纳米粒子相同或不同。

更优选地，所述增益介质层内第二金属纳米粒子的掺杂浓度为8.95×10^-6g/cm³-2.61×10^-3g/cm³。

更优选地，所述第一隔离介质层和所述第二隔离介质层均为SiO₂层、LiF层、聚苯乙烯、聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸甲酯层，厚度为1-100nm。

优选地，所述金属薄膜层为厚度为10-100nm的银薄膜或金薄膜。

优选地，所述增益介质层的材料包括高分子聚合物和激光染料，所述高分子聚合物与所述激光染料的质量比1～80：1。

更优选地，所述高分子聚合物为聚苯乙烯、聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸甲酯；所述激光染料为红光激光染料或蓝光激光染料，其光发射波长均在可见光范围内。