聚合物基质固体染料激光介质的研制与改性研究

摘要

染料激光因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，在医疗、遥感、光谱分析等领域得到广泛应用。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，因此固体染料激光器是目前染料激光器研究的一个热点。
　　本论文首先对可调谐激光的发展、研究进展及应用进行了简单回顾，然后对固态激光染料的基本理论，制备进行了分析和讨论。在此基础上，进行了两种固体染料的制备，即有机聚合物基质（聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA）的固体染料的制备和溶胶－凝胶固体染料的制备，实验制备了掺杂不同浓度的PM系列、若丹明系列、香豆素系列、DCM、聚合物基质的固体染料，对固体染料进行了吸收谱、荧光谱、激光谱和斜率效率进行了研究，研究表明固体染料都具有很宽的荧光谱，荧光谱的半高宽（带宽）为30～50nm,固体染料的激光谱是一种宽带激光谱，激光谱的半高宽～10nm，获得了较高的斜率效率在10％～50%之间。
　　为了提高固态激光染料的抗损伤阈值和光稳定性，对改性方法进行了广泛的研究。1)小分子改性。通过聚合基质中添加小分子（酒精等），来增加聚合物大分子间的阻尼力，提高染料的抗损伤阈值；2）两种聚合单体共聚。采用共聚基质，提高固体染料抗损伤阈值和使用寿命;3）添加稳定剂。向聚合物基质中添加光稳定剂（DABCO），除掉固体染料中游离态的氧，从而延长固体染料的使用寿命；4）激光染料共掺。染料多种染料共掺不但可以扩展固体染料的波长范围，不同染料还可以发生能量转移，提高固体染料的效率。
　　实验制备了PM系列、若丹明系列等染料在酒精改性的MPMMA基质，P(MMA+HEMA)基质和P(MMA+HPMA)基质的固体染料；制备了PM系列、若丹明系列，香豆素系列和DCM系列等共掺的固体染料。对改性固体染料的光学特性和光稳定性进行了研究，实验表明，通过共聚物基质的光稳定性要高于纯的MMA共聚；对于共聚的基质(HEMA:MMA=1:1)，在调Q倍频的YAG激光（160mJ/pulse,10HZ）泵浦下，获得了7.80GJ/mol的归一化光稳定性，比纯单体共聚的PMMA介质提高了6倍；对于共聚的基质（HPMA:MMA=1:9），在调Q倍频的YAG激光（183mJ/pulse,10HZ）泵浦下，获得了高达5.08GJ/mol的归一化光稳定性；在泵浦光能量减小到～17.5mJ的情况下，HEMA和MMA体积比为1:1共聚的基质，固体染料的寿命在123000次以上，归一化光稳定性为15.2GJ/mol。

目录

聚合物基质固体染料激光介质的研制与改性研究

RESEARCH AND MODIFICATION OF POLYMER HOST SOLID-STATE DYE LASER GAIN MEDIA

摘 要

Abstract

目 录

绪论

1.1 课题背景

1.2 可调谐固体激光器的分类

1.3 固体染料激光器的进展

1.4 固体染料激光器的应用前景

1.5 课题来源及论文主要研究内容

第2章 固体染料激光的基本理论

2.1 激光染料的介绍

2.2 激光染料的分类

2.3 染料的能级结构

2.4 宽带二能级系统的激光速率方程

2.5 脉冲染料激光器的放大条件

2.6 脉冲染料激光器的增益

2.7 本章小结

第3章 固体染料的制备

3.1 溶胶-凝胶（sol-gel）基质固体染料的制备

3.2 有机聚合物基质的固体染料的制备

3.3 有机聚合物基质固体染料制备的工艺流程

3.4 本章小结

第4章 固体染料介质的光学特性研究

4.1 引言

4.2 有机聚合物基质固体染料特性研究

4.3 溶胶-凝胶基质固体染料特性研究

4.4 本章小结

第5章 基质的改性和染料的共掺

5.1 引言

5.2 实验装置

5.3 小分子改性

5.4 共聚物基质

5.5 添加稳定剂

5.6 染料共掺

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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致谢