[发明专利]聚合物基质固体染料激光介质的预聚制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体染料激光介质的制备方法。

背景技术

染料激光具有波长调谐范围宽、输出功率高、吸收和增益易控制等优点，是最重要的可调谐激光光源。同其它激光器相比，染料激光器最大的优势在于:激光波长在一个很宽的范围内连续地调谐以及没有显著的损耗就把激光能量引导到一个窄的光谱线之内。此外，染料激光器染料激光介质可以在固相、液相或气相下使用，浓度便于控制，对各种应用场合的适应性极强。因此，染料激光器在在科研(光谱学)、医学(组织光学、诊断、治疗)等领域有广泛的应用前景。

在光谱学方面，染料激光器是经典光谱学中的理想光源，能量较普通光源高达10¹²倍，分辨率可提高4个数量级。用做激光光谱技术（简并四波混频DFWM，相干反斯托克斯拉曼散射CARS等）的光源，能显著提高光谱分析的灵敏度，并且由于其具有很宽的输出带宽，可同时测量得到多条谱线，在实时粒子检测，燃烧诊断等方面具有重要意义。

早期的染料激光器多在液态下工作，与液体染料激光器相比，固态染料激光器结构紧凑、应用简便、无污染、成本低。自80年代中期以来，固态染料激光增益介质及其相关器件的研究受到广泛关注，并在材料的制备、激光器件的研制和相关理论的积累等方面都获得了很大进展。随着全固态可调谐激光器的研制，将为其走出实验室并进一步拓展应用领域奠定坚实的基础。

固体染料激光器的核心部分是工作物质（固体染料激光介质）。固体染料激光介质的如何制备关系到固体染料激光介质的光学特性，进而影响到固体染料激光器的性能参数。目前大家普遍采用的是普通本体聚合方法，制备周期比较长，在聚合过程中可能出现分层或漂白现象，在制备染料共掺固体激光介质中可能两种染料分子量差别比较大，在聚合过程中容易出现分层现象，在有的共聚过程中放热量很大，导致介质爆聚模具炸裂等。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有固体染料激光介质的制备方法制备周期长，制备过程中出现分层、漂白或爆聚问题，导致得到的固体染料激光介质的光学特性差的问题，本发明提供了一种聚合物基质固体染料激光介质的预聚制备方法。

本发明聚合物基质固体染料激光介质的预聚制备方法是通过以下步骤实现的：一、聚合单体的精制：将经碱洗的甲基丙烯酸甲酯放入盛有干燥剂的干燥器内干燥20~28h，然后再在惰性气体保护下，将甲基丙烯酸甲酯进行减压蒸馏，得纯净的甲基丙烯酸甲酯；二、将经步骤一处理后的MMA和激光染料放入容器中，搅拌15~30min得激光染料溶液，再向激光染料溶液中加入引发剂偶氮二乙丁氰，再搅拌10~20min后，过滤，将激光染料溶液置于容器中，然后密封；其中控制激光染料的掺杂浓度为1×10^-5mol/L~1×10^-3mol/L，引发剂的用量是每升甲基丙烯酸甲酯中含有0.1~5g；三、将步骤二的装有激光染料溶液的密封容器置于70~90℃的水浴中，搅拌30~60min，然后将容器取出；四、继续搅拌经步骤三处理后的激光染料溶液，当激光染料溶液的温度降至40~45℃时，将激光染料溶液注入模具，再将模具密封后置于40~45℃的恒温水浴中，静置1~2天；五、将经步骤四处理后的模具取出，再置于40℃的烘箱中，然后以1~2℃/h的速率升温至80℃，保温8~16h，再以0.8~1℃/h的速率降至室温，再机械加工即得聚合物基质固体染料激光介质。

本发明得到的聚合物基质固体染料激光介质的激光输出斜率效率达到48.57%，其荧光谱带宽半高宽为46.5nm；激光谱线宽约8.5nm左右，其激光谱中心波长移动量很小。

本发明步骤二中将经步骤一精制后的MMA和激光染料放入容器中搅拌前再加入改性剂，激光染料与改性剂的摩尔比为1:0.5~10。所述的改性剂为光稳定剂三羟甲基丙烷（TMP）、三乙烯二胺（DABCO）、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯（Tinuvin770）、有机小分子添加剂甲醇（Methanol）、乙醇（Ethanol）等。将激光染料进行改性后，获得高性能聚合物基质固体染料激光介质，改性后的聚合物基质固体染料激光介质的荧光谱半高宽变窄，激光谱线宽约8nm左右。激光输出斜率效率增大，为52.86%~64.09%。