CN101824233A - 共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法 - Google Patents

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樊荣伟
陈德应
姜玉刚
夏元钦
何伟明
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共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法，它涉及一种激光介质的制备方法。本发明解决了部分固体染料激光效率低、激光输出波长范围窄的问题。本方法如下：一、处理甲基丙烯酸甲酯；二、制备混合物A；三、制备混合物B；四、固化混合物B，再将固化的混合物B经过退火、机械加工，即得共掺能量转移固体染料激光介质。本发明共掺能量转移固体染料激光介质的激光发射峰值波长可以从561nm连续拓展到596nm，宽带激光输出波长范围达到35nm。当染料DCM单掺时，斜率效率仅为28.97%，而本发明共掺能量转移固体染料激光介质激光输出斜率效率可以达到50%左右，很好弥补了DCM染料激光转换斜率低的缺点。

Description

共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法
技术领域
本发明涉及一种共掺能量转移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，最重要的是可调谐激光光源。但是部分固体染料激光效率低，这是因为部分固体染料的吸收带与泵浦源的荧光辐射不匹配。部分固体染料对泵浦光源的荧光辐射不吸收或吸收较弱，导致直接泵浦下激光效率太低、激光输出波长范围窄，甚至不能实现激光输出。
发明内容
本发明的发明目的是为了解决部分固体染料激光效率低、激光输出波长范围窄的问题，提供了一种共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法。
本发明共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法如下：一、用质量浓度为5%～10%的NaOH溶液洗涤甲基丙烯酸甲酯三次，然后用蒸馏水洗涤甲基丙烯酸甲酯至洗液为中性，再将甲基丙烯酸甲酯进行减压蒸馏；二、将PM567染料与DCM染料加入到经过步骤一处理的甲基丙烯酸甲酯中，然后超声搅拌10min～20min，得到混合物A，其中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为0.25～4﹕1；三、将偶氮二异丁腈加入到混合物A中，超声搅拌10min~15min，得混合物B，混合物B中偶氮二异丁腈的浓度为1g/L；四、向混合物B中通入干燥的氩气去除氧气，然后将混合物B密封后在40℃～45℃的恒温水浴中反应至混合物B固化，再将固化的混合物B经过退火、机械加工，即得共掺能量转移固体染料激光介质。
本发明共掺能量转移固体染料激光介质的激光发射峰值波长可以从561nm连续拓展到596nm，宽带激光输出波长范围达到35nm。当染料DCM单掺时，斜率效率仅为28.97%，而本发明共掺能量转移固体染料激光介质激光输出斜率效率可以达到50%左右，很好弥补了DCM染料激光转换斜率低的缺点。
附图说明
图1是具体实施方式十一中所得共掺能量转移固体染料激光介质固定给体浓度的荧光谱图，图中a表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕0所得共掺能量转移固体染料激光介质的荧光谱图，b表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕0.5所得共掺能量转移固体染料激光介质的荧光谱图，c表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕1所得共掺能量转移固体染料激光介质的荧光谱图，d表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕1.5所得共掺能量转移固体染料激光介质的荧光谱图，e表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕2所得共掺能量转移固体染料激光介质的荧光谱图；图2是具体实施方式十一中所得共掺能量转移固体染料激光介质固定受体浓度的荧光谱图，图中f表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕2所得共掺能量转移固体染料激光介质的荧光谱图，g表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为1.5﹕2所得共掺能量转移固体染料激光介质的荧光谱图，h表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为1﹕2所得共掺能量转移固体染料激光介质的荧光谱图，i表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为0.5﹕2所得共掺能量转移固体染料激光介质的荧光谱图，j表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为0﹕2所得共掺能量转移固体染料激光介质的荧光谱图；图3是具体实施方式十一中所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光谱图，图中k表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕0所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光谱图，l表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕0.5所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光谱图，m表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕1所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光谱图，n表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕1.5所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光谱图，o表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕2所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光谱图，p 表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为1.5﹕2所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光谱图，q表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为1﹕2所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光谱图，r表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为0.5﹕2所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光谱图，s表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为0﹕2所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光谱图；图4是具体实施方式十一中所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光输出特性曲线，图中—■—表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕0所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光输出特性曲线（斜率效率为62.36%），—●—表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕0.5所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光输出特性曲线（斜率效率为50.34%），—▲—表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕1所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光输出特性曲线（斜率效率为49.81%），—▼—表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕1.5所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光输出特性曲线（斜率效率为44.39%），
Figure 201010161533X100002DEST_PATH_IMAGE001
表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕2所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光输出特性曲线（斜率效率为31.39%），
Figure 707363DEST_PATH_IMAGE002
表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为1.5﹕2所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光输出特性曲线（斜率效率为31.22%），
Figure 201010161533X100002DEST_PATH_IMAGE003
表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为1﹕2所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光输出特性曲线（斜率效率为35.04%），
Figure 686821DEST_PATH_IMAGE004
表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为0.5﹕2所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光输出特性曲线（斜率效率为36.34%），
Figure 201010161533X100002DEST_PATH_IMAGE005
表示PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为0﹕2所得共掺能量转移固体染料激光介质的激光输出特性曲线（斜率效率为28.97%）。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法如下：一、用质量浓度为5%～10%的NaOH溶液洗涤甲基丙烯酸甲酯三次，然后用蒸馏水洗涤甲基丙烯酸甲酯至洗液为中性，再将甲基丙烯酸甲酯进行减压蒸馏；二、将PM567染料与DCM染料加入到经过步骤一处理的甲基丙烯酸甲酯中，然后超声搅拌10min～20min，得到混合物A，其中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为0.25～4﹕1；三、将偶氮二异丁腈加入到混合物A中，超声搅拌10min~15min，得混合物B，混合物B中偶氮二异丁腈的浓度为1g/L；四、向混合物B中通入干燥的氩气去除氧气，然后将混合物B密封后在40℃～45℃的恒温水浴中反应至混合物B固化，再将固化的混合物B经过退火、机械加工，即得共掺能量转移固体染料激光介质。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中NaOH溶液的质量浓度为6%～9%。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中NaOH溶液的质量浓度为8%。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤二中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为0.3～3.8﹕1。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤二中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为0.5～3.5﹕1。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤二中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为0.9～3.2﹕1。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤二中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为1～3﹕1。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤二中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为1.5～2.5﹕1。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤二中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为1.8～2.3﹕1。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤二中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕1。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式中共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法如下：一、用质量浓度为5%～10%的NaOH溶液洗涤甲基丙烯酸甲酯三次，然后用蒸馏水洗涤甲基丙烯酸甲酯至洗液为中性，再将甲基丙烯酸甲酯进行减压蒸馏；在编号为1~9的烧杯中倒入同样量的纯净的甲基丙烯酸甲酯；二、分别称取同样量的PM567染料，放在编号为1~5的烧杯中，保持PM567染料浓度为2×10-4mol/L，然后向编号为1~5的个烧杯中分别加入DCM染料，超声搅拌10min～20min，使PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比分别为2﹕0，2﹕0.5，2﹕1，2﹕1.5，2﹕2；三、再称取同样量的DCM染料，放在编号为6~9的烧杯中，保持DCM染料的浓度为2×10-4mol/L，然后向编号为6~9的烧杯中分别加入PM567染料，超声搅拌10min～20min，使PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比分别为1.5﹕2，1﹕2，0.5﹕2，0﹕2；四、最后向编号为1~9的烧杯中加入偶氮二异丁腈，使偶氮二异丁腈的浓度为1g/L，继续进行超声搅拌15min，然后分别对9种液体进行抽滤，最后将溶液分装到洁净、干燥的试管中，向试管中通入干燥的氩气，以除去其中含有的氧气，最后将试管密封；五、再将密封的试管置于40℃的恒温水浴中进行聚合，待样品完全固化后，可将制备的固体染料激光介质从试管中取出，然后通过退火、机械加工处理获得9种共掺能量转移固体染料激光介质。
本实施方式中固体染料激光器的泵浦源采用输出波长为532nm的调Q倍频Nd:YAG激光器，重复频率1Hz，脉宽约为10ns。固体染料激光介质采用平行平面光学谐振腔纵向泵浦，腔长约为5cm，输入镜Mi为对550~600nm高反（反射率R>95%），对泵浦光532nm增透（透过率T>95%）；输出耦合镜Mo在500~700nm的透过率为70%。
实验中选用OceanOptics公司的HR4000（200~1100nm）光谱仪对获得的9种染料共掺固体染料激光介质的相对强度荧光谱进行了测量，测量结果如图1和2所示。从图1中可以发现PM567染料单掺时荧光谱峰值波长在553nm，当PM567染料与DCM染料摩尔浓度比为2﹕1.5时，荧光谱峰值波长红移到563nm。从图2可以发现，当PM567染料与DCM染料摩尔浓度比为0.5﹕2时，荧光谱峰值波长约在569nm处，荧光谱的相应强度最强，当DCM染料单掺时，荧光谱峰值波长约在582nm处。
实验中选用HR4000型光谱仪对染料共掺能量转移固体染料激光器的激光谱进行了测量，测量结果如图3所示。当PM567染料单掺时，激光发射峰值波长约在561nm处，DCM染料单掺时，激光发射峰值波长约在596nm处。PM567染料与DCM染料通过不同比例共掺后，共掺能量转移固体染料激光介质的激光发射峰值波长可以从561nm连续拓展到596nm，宽带激光输出波长范围达到35nm。
激光输出斜率效率是固体染料激光器能否广泛应用的一个很受关注的参数。对获得的共掺能量转移固体染料激光器的激光输出斜率效率进行了测量。通过调节泵浦光能量大小来测量相应的染料激光输出能量，然后对这些数据进行曲线拟合获得相应染料共掺固体介质的激光输出斜率效率。测量激光输出斜率效率的能量计选用Coherent公司的J-50MB-YAG。实验中染料激光输出能量与泵浦光能量的关系曲线如图4所示。从图4中可以看出染料PM567与染料DCM的共掺摩尔比对固体染料介质的激光输出斜率效率有很大的影响。当染料DCM单掺时，斜率效率仅为28.97%，当与PM567染料共掺后，共掺能量转移固体染料激光介质的激光输出斜率效率都获得了提高，在PM567染料与DCM染料摩尔掺杂比为2﹕0.5或2﹕1时，激光输出斜率效率都达到了50%左右，很好弥补了DCM染料激光转换斜率低的缺点。
 
 

Claims (10)

1.共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法，其特征在于共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法如下：一、用质量浓度为5%～10%的NaOH溶液洗涤甲基丙烯酸甲酯三次，然后用蒸馏水洗涤甲基丙烯酸甲酯至洗液为中性，再将甲基丙烯酸甲酯进行减压蒸馏；二、将PM567染料与DCM染料加入到经过步骤一处理的甲基丙烯酸甲酯中，然后超声搅拌10min～20min，得到混合物A，其中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为0.25～4﹕1；三、将偶氮二异丁腈加入到混合物A中，超声搅拌10min~15min，得混合物B，混合物B中偶氮二异丁腈的浓度为1g/L；四、向混合物B中通入干燥的氩气去除氧气，然后将混合物B密封后在40℃～45℃的恒温水浴中反应至混合物B固化，再将固化的混合物B经过退火、机械加工，即得共掺能量转移固体染料激光介质。
2.根据权利要求1所述共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法，其特征在于步骤一中NaOH溶液的质量浓度为6%～9%。
3.根据权利要求1所述共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法，其特征在于步骤一中NaOH溶液的质量浓度为8%。
4.根据权利要求1或2所述共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法，其特征在于步骤二中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为0.3～3.8﹕1。
5.根据权利要求1或2所述共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法，其特征在于步骤二中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为0.5～3.5﹕1。
6.根据权利要求1或2所述共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法，其特征在于步骤二中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为0.9～3.2﹕1。
7.根据权利要求1或2所述共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法，其特征在于步骤二中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为1～3﹕1。
8.根据权利要求1或2所述共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法，其特征在于步骤二中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为1.5～2.5﹕1。
9.根据权利要求1或2所述共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法，其特征在于步骤二中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为1.8～2.3﹕1。
10.根据权利要求1或2所述共掺能量转移固体染料激光介质的制备方法，其特征在于步骤二中PM567染料与DCM染料的摩尔浓度比为2﹕1。
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