染料共摻及改性聚合物基質(zhì)固體染料激光介質(zhì)研究.pdf

1、通過(guò)染料共摻，利用染料之間的能量轉(zhuǎn)移可以提高固體染料激光介質(zhì)的激光效率，拓展其輸出波長(zhǎng)范圍。損傷閾值較低和光穩(wěn)定性較差是制約聚合物基質(zhì)固體染料激光介質(zhì)應(yīng)用的兩個(gè)重要因素。通過(guò)對(duì)聚合物基質(zhì)適當(dāng)改性，可以大大提高固體染料激光介質(zhì)的損傷閾值和光穩(wěn)定性。因此開(kāi)展染料共摻及改性聚合物基質(zhì)固體染料激光介質(zhì)的研究對(duì)固體染料激光的實(shí)用化具有重要意義。
　　本文首先介紹了染料共摻及改性聚合物基質(zhì)固體染料激光的研究進(jìn)展，給出了染料激光器的基本理論；接

2、著介紹了聚合物基質(zhì)固體染料激光介質(zhì)的制備；然后在此基礎(chǔ)上研制了染料共摻和改性聚合物基質(zhì)兩大系列的固體染料激光介質(zhì)，并對(duì)其特性進(jìn)行了研究。
　　染料共摻方面，本文研究了給體染料pyrromethene567(PM567)、pyrromethene580(PM580)及rhodamine590(Rh590)與受體染料rhodamine(Rh610)在乙醇溶液和改性聚甲基丙烯酸甲酯（MPMMA）中的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程。由于給體與受體之間的能量

3、轉(zhuǎn)移，給體的引入均使受體的熒光強(qiáng)度得到了增強(qiáng)。在乙醇溶液中，PM567:Rh610、PM580:Rh610和Rh590:Rh610三個(gè)共摻體系受體的熒光強(qiáng)度分別增強(qiáng)34％、100%和60%；在MPMMA中，受體的熒光強(qiáng)度分別增強(qiáng)900%、近500%和近100%。研究了染料共摻固體染料激光介質(zhì)的激光光譜特性和輸出特性。染料共摻使介質(zhì)的斜率效率得到了不同程度的提高。在PM567:Rh610共摻體系中得到最高的斜率效率70.4%，是受體單摻介

4、質(zhì)斜率效率的近8倍。利用Stern-Volmer方程、Perrin方程和靜態(tài)-動(dòng)態(tài)方程對(duì)染料共摻體系的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)研究，得到了輻射和非輻射能量轉(zhuǎn)移速率常數(shù)及相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)移效率、能量轉(zhuǎn)移臨界距離等能量轉(zhuǎn)移參數(shù)。在乙醇溶液和MPMMA基質(zhì)中，染料共摻體系能量轉(zhuǎn)移臨界距離均遠(yuǎn)大于碰撞距離，且輻射能量轉(zhuǎn)移速率常數(shù)均遠(yuǎn)大于非輻射能量轉(zhuǎn)移速率常數(shù)。因此，體系中占主導(dǎo)地位的能量轉(zhuǎn)移是輻射機(jī)制的能量轉(zhuǎn)移。
　　采用乙醇改性甲基丙烯酸甲

5、酯（methylmethacrylate，MMA）與甲基丙烯酸-β-羥乙酯（β-hydroxyethylmethacrylate，HEMA）的共聚物P(MMA:HEMA)、丙烯酸-β-羥乙酯（2-hydroxyethylacrylate，HEA）與MMA共聚以及在PMMA中摻雜穩(wěn)定劑1,4-diazobicyclo[2,2,2]octane(DABCO)三種方法對(duì)聚合物基質(zhì)進(jìn)行了改性，制備了PM567摻雜的改性聚合物基質(zhì)固體染料激光介質(zhì)

6、。利用Nd:YAG的倍頻光(532nm，~13ns)作為泵浦源，研究了各個(gè)系列改性介質(zhì)的光譜特性和輸出特性。各個(gè)系列改性介質(zhì)均存在一個(gè)使該系列介質(zhì)斜率效率達(dá)到最高的最佳組分。在DABCO與PM567濃度比為0.5:1的PMMA為基質(zhì)的改性介質(zhì)中得到了最高的斜率效率50.6%。利用干涉法測(cè)試了各個(gè)系列改性介質(zhì)的局部光學(xué)均勻性。通過(guò)合理控制基質(zhì)組分，可以得到光學(xué)均勻性良好的固體染料激光介質(zhì)。采用10Hz重頻，脈沖能量30mJ（能量密度為0.