[发明专利]一种有机配合物激光器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光材料与器件技术领域，具体说是一种有机配合物激光器及其制备方法。

背景技术

激光用途广泛，可应用于机械加工、化学传感、激光打印、现代光纤通信等诸多领域。目前激光材料一般为无机半导体材料，现有无机半导体材料存在量重、价格高昂和不具有柔性等缺点；随着有机配合物发光和电致发光的发现，有机半导体激光器研发也受到广泛关注，成为世界范围的重要研究课题。与无机半导体不同，有机半导体具有特殊的光电性质与简易的制备和加工特性，是非常有潜力的激光材料。

在已有的研究报道中，关于金属铒的光学微腔激光器非常少。此外，在现有的激光器中，很少器件具有很高品质因子。目前还没有一例将回音壁模式光学微腔与4,5-二氮杂芴衍生物的配合物相结合制备光学微腔激光器。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种新型二氮杂芴铒配合物光学微腔激光器及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

4,5-二氮杂芴具有良好的配位能力，是一种双齿螯合配体，可以和稀土离子铒的二酮化合物反应，形成金属配合物发光材料。

一种有机配合物激光器，包括氧化硅微环芯光学微腔，所述氧化硅微环芯光学微腔表面旋涂有一层有机配合物薄膜，所述有机配合物薄膜厚度为10-100 nm，所述有机配合物为4,5-二氮杂芴金属铒配合物。

进一步的设计方案中，所述4,5-二氮杂芴金属铒配合物为以2-噻吩三氟乙酰丙酮盐为第一配体，以9-二氰基亚甲基-4,5-二氮杂芴为第二配体的稀土铒配合物，其分子结构为：

上述有机配合物激光器的制备方法，包括以下步骤：

将有机配合物4,5-二氮杂芴金属铒配合物配成摩尔浓度为1.0±0.1 mmol/L四氢呋喃溶液，通过旋涂法将有机配合物溶液直接旋涂在已经制备好的氧化硅微环芯光学微腔表面，形成一定厚度的薄膜，制成有机配合物光学微腔；或者将有机配合物溶液通过旋涂法在硅片表面制成一定厚度的薄膜，然后再用制备氧化硅微环芯光学微腔的方法制备出有机配合物光学微腔，最后将有机配合物光学微腔装配成有机配合物光学激光器。光学微腔本身就是个器件，加电输入以后就是一个激光器，所述制备氧化硅微环芯光学微腔的方法的具体步骤包括光刻、HF刻蚀、XeF2刻蚀、CO2激光加热回流，制备氧化硅微环芯光学微腔的方法是半导体物理的常用技术，实际操作可参照文献D.K.Armani et al., Nature 421,925（2003）。

进一步的设计方案中，所述4,5-二氮杂芴金属铒配合物为以2-噻吩三氟乙酰丙酮盐为第一配体，以9-二氰基亚甲基-4,5-二氮杂芴为第二配体的稀土铒配合物，其制备方法为：

（1）按照苯与醋酸的体积比为20：3的比例配制混合溶剂，在氩气保护下，加入醋酸铵、4,5-二氮杂芴-9-酮和丙二腈，醋酸铵、4,5-二氮杂芴-9-酮和丙二腈的物质的量之比为26：10：15，在70℃-90℃温度下加热回流反应20小时后，冷却至室温，旋转蒸发去除溶剂，所得残留物用氯仿柱层析提纯，得到黄色固体9-二氰基亚甲基-4,5-二氮杂芴；

（2）将Er(TTA)3·2H2O与9-二氰基亚甲基-4,5-二氮杂芴按照物质的量之比为1：1的比例进行混合后，70℃-90℃温度下加热回流3小时后冷却，过滤出析出的固体，得到以2-噻吩三氟乙酰丙酮盐为第一配体，以9-二氰基亚甲基-4,5-二氮杂芴为第二配体的稀土铒配合物。

本发明具有以下突出的有益效果：

本发明将具有很高品质因子的回音壁模式光学微腔与有机配合物发光材料结合在一起制备光学微腔激光器，克服了现有无机半导体材料量重、价格高昂和不具有柔性等缺点，使用了质轻、价廉和柔性的有机电子材料，具有微型化、芯片集成、阈值低、稳定等优点。半导性有机配合物作为激光材料具有以下优势：（1）有机配合物发光材料相对于稀土材料，其具有非常大的受激发射截面，电子结构为四能级系统，更易实现粒子数反转形成激光，因此可以制备高发光效率、低激射阈值的激光器；（2）有机分子种类和结构繁多，可以灵活的进行分子设计和合成组装，有大的受激激发截面和较大的增益系数，容易实现从紫外到近红外光区的受激发射；（3）激发态结构弛豫导致相当大的斯托克斯频移；（4）浓度淬灭不严重。

附图说明

图1是9-二氰基亚甲基-4,5-二氮杂芴核磁共振氢谱；

图2为9-二氰基亚甲基-4,5-二氮杂芴金属铒配合物的分子结构图；

图3为氧化硅微环芯光学微腔制备方法的制备流程；