[发明专利]稳定无机基有机复合固态可调谐染料激光介质及制备方法

说明书

                      技术领域

本发明涉及一种稳定无机基有机复合固态可调谐染料激光介质及制备方法。

                      背景技术

可调谐染料激光器具有可调谐范围宽，更换不同染料其激光发射可覆盖紫外、可见甚至近红外的整个波段；可见光波段效率高等优点。但是，与固态激光器系统相比，目前商品化的液态可调谐染料激光器存在结构复杂、运转可靠性差、维护麻烦等缺点。染料的更换程序也很烦琐，且每次更换都要产生大量有毒、易燃、易爆的废液。因此，尽管液态可调谐染料激光器可应用于科研(光谱学)、医疗(组织光学、诊断、治疗)、军事(激光制导、通信、电—光干扰)等领域，但目前的应用还主要局限在实验室。

染料激光器的固态化满足了小型化、实用化的要求，是可调谐染料激光器的一个重要发展方向。与有机高聚物相比，无机凝胶玻璃具有紫外和近红外波段透光性好、高的激光破坏阈值和热、光稳定性，作为无机/有机复合光功能材料最有希望率先实现实用化的无机基复合固态可调谐染料激光介质及其器件研究，得到各发达国家学者、军事部门和企业界的重视，投入大量人力、物力开展了多年研究，并已取得长足进展。但是，目前用于制备无机基有机复合固态染料激光介质的方法，均采用溶胶—凝胶(sol-gel)湿化学技术，在酸(或碱)催化下，先驱物经水解—缩聚反应，获得固态材料。这一工艺通常称为一步合成法。由于一步合成法的工艺可控性和先驱物的工艺适应性差，制备周期长，且制得的无机基有机复合固态可调谐染料激光介质的组成和微结构均匀性差，光散射严重，而难以长期、稳定运转，限制了其商品化。

                        发明内容

本发明的目的是提供一种稳定无机基有机复合固态可调谐染料激光介质及制备方法。

介质的原料为：金属醇盐5～15mol，有机溶剂35～45mol，去离子水30～45mol，有机激光染料30～180mmol。

制备方法的步骤为：

1)组分设计及其先驱物的确定：选择带有小的有机基团的金属醇盐为有机改性无机基质的先驱物，无机酸为水解催化剂，溶剂选用有机溶剂，含氨丙基的金属醇盐为碱缩聚催化剂，有机激光染料为激光激活物质；

2)无机基有机复合固态可调谐染料激光介质的分步合成制备：金属醇盐溶于有机溶剂，在5℃～90℃下，加入有机激光染料的有机溶液，搅拌10～120分钟，滴入去离子水，用无机酸调节混合液的pH值为1～5，继续搅拌1～8小时，使金属醇盐水解。而后加入碱缩聚催化剂，调节混合液的pH值为3～8，并继续搅拌1～5小时。混合液于30℃～100℃环境下静置，经10～60天后，制得无机基有机复合固态可调谐染料激光介质。

本发明与现有国内外研究和采用的制备无机基有机复合固态可调谐染料激光介质的一步合成法相比，具有以下突出优点：

1)可根据不同先驱物的水解—缩聚反应特点，分别对先驱物的水解和缩聚两个反应动力学过程进行有效控制，可获得微结构可控的分子水平复合的光学均匀固态可调谐染料激光介质。

2)制得的无机基有机复合固态可调谐染料激光介质的组成和结构均匀、紫外和可见波段的光学透明性好，显著提高复合固态可调谐染料激光介质的斜坡效率。

3)提高了复合固态激光介质的致密性，使有机激光染料分子处于基质的网络间隙或微小(半径小于2nm)的孔隙中，阻止其与环境中氧分子的接触，改善其抗光化学衰退性能，提高材料的散热性能，显著提高复合固态染料激光介质的激光输出寿命、稳定性和品质。

                     附图说明

图1是P-567激光染料掺杂复合固态可调谐染料激光介质激光输出斜坡效率曲线；

图2是P-567激光染料掺杂复合固态可调谐染料激光介质可调谐激光输出范围；

图3是P-567激光染料掺杂复合固态可调谐染料激光介质激光输出寿命图；

图4是P-orange激光染料掺杂复合固态激光介质激光输出斜坡效率曲线；

图5是P-orange激光染料掺杂复合固态可调谐染料激光介质可调谐激光输出范围；

图6是P-orange激光染料掺杂复合固态可调谐染料激光介质激光输出寿命图。  

                    具体实施方式

本发明包括：组分设计及其先驱物的确定；无机基有机复合固态可调谐染料激光介质的分步合成制备方法。

1、组分设计及其先驱物的确定