含有固态共混聚合物的可调谐激光材料

电气元件制品的制造及其应用技术含有固态共混聚合物的可调谐激光材料相关申请的交叉引用1.本技术要求(1)2019年12月29日提交的美国临时专利申请序列号62/954,655；(2)2020年12月7日提交的美国非临时专利申请序列号17/114,463的优先权，其公开的内容透过引用并入本文。技术领域2.本发明是关于一种固态共混聚合物系统，其具有通过调节共混比例将激光发射调谐到不同的激光波长的特性。背景技术：3.激光系统由泵浦/激发源、激光材料和反馈结构组成，通常为增益介质和光学谐振腔。以下是这些部分的简要说明：1、泵浦/激发源：此为将激励能量提供给增益介质的能源。一般来说，泵浦源可以是电流注入或光源，例如激光、闪光灯。2、增益介质：此为激光材料，可以是无机或有机材料。增益介质吸收大部分激发能并发射激光。3、光学谐振腔：增益介质被放置在光学谐振腔内部，这限制了受激发射，使其可以积累到成为激光所需的强度。4.激光加工5.当激发时，激光材料首先会发射光致发光(pl)，即光激发产生的发光，此过程称为自发发射。然后，随着激发的增加，发射将转移到另一个过程，称为放大自发辐射(ase)。随着进一步的激发，发射变为受激发射，其通常称为激光发射。ase和激光之间的光学特性差异在光电子/光子应用中并不明显，因此经常将它们归类为激光。6.发射特性7.发射特性由其发射光谱宽度定义，以最大强度的一半测量半峰全宽(fwhm)。pl具有宽发射的fwhm，通常为20-50奈米。ase的fwhm为5-10奈米，激光的fwhm一般小于5奈米。8.大部分无机或有机固态激光器仅发射单波长激光，但是为了在宽波长范围内产生可调谐的激光发射，例如单一有机系统的光学范围仍尚未实现。目前可调谐激光系统的方法是使用反馈结构设计、burstein-moss效应和能隙工程。技术实现要素：9.因此，根据本发明的其中目的之一是生产一种通过调节共混比例来制造具有可调谐激光波长特性的固态共混聚合物系统，可以用于健康监测、环境监测感应器和组织成像。目前的材料不具有在整个光学范围内从蓝光到红外光的广泛可调谐范围。通过使用相同的两种聚合物，可以产生可发射出蓝色至红色的激光。这简化了设计及多波长激光传感器系统的集成，因此生产具有成本效益。10.在本发明第一态样提供了一种固态的共混聚合物激光系统，其激光波长可通过改变该共混聚合物激光系统中的高分子化合物的共混比例来调节，该高分子化合物包含至少两种高分子化合物的混合物，包含聚(9,9-二辛基芴)(pfo)、聚(2-(2',5'-双(2'-乙基己氧基)苯基)-1,4-亚苯基亚乙烯基)(behp-ppv)和聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑](meh-ppv)。[0011]在本发明第一态样的第一实施例中提供了一种固态的共混聚合物激光系统，其中该至少两种高分子化合物的混合物是聚(9,9-二辛基芴)和聚(2-(2',5'-双(2'-乙基己氧基)苯基)-1,4-亚苯基亚乙烯基)的混合物，或聚(2-(2',5'-双(2'-乙基己氧基)苯基)-1,4-亚苯基亚乙烯基)和聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑]的混合物。[0012]在本发明第一态样的第二实施例中提供了一种固态的共混聚合物激光系统，其中该共混聚合物激光系统中的至少两种高分子化合物的共混比例等于或大于0.01：99.99，且该至少两种高分子化合物的混合物主要成分是聚(2-(2',5'-双(2'-乙基己氧基)苯基)-1,4-亚苯基亚乙烯基)。[0013]在本发明第一态样的第三实施例中提供了一种固态的共混聚合物激光系统，其中该共混聚合物激光系统中的至少两种高分子化合物的共混比例等于或低于40：60，且该至少两种高分子化合物的混合物主要成分是聚(2-(2',5'-双(2'-乙基己氧基)苯基)-1,4-亚苯基亚乙烯基)。[0014]在本发明第一态样的第四实施例中提供了一种固态的共混聚合物激光系统，其中该共混聚合物激光系统中的至少两种高分子化合物的共混比例等于或高于0.1：99.9，且该至少两种高分子化合物的混合物主要成分是聚(9,9-二辛基芴)。[0015]在本发明第一态样的第五实施例中提供了一种固态的共混聚合物激光系统，其中该共混聚合物激光系统中的至少两种高分子化合物的共混比例等于或低于40：60，且该至少两种高分子化合物的混合物主要成分是聚(9,9-二辛基芴)。[0016]在本发明第一态样的第六实施例中提供了一种固态的共混聚合物激光系统，其中该共混聚合物激光系统中的至少两种高分子化合物的共混比例等于或高于0.01：99.99，且该至少两种高分子化合物的混合物次要成分是聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑]。[0017]在本发明第一态样的第七实施例中提供了一种固态的共混聚合物激光系统，其中该共混聚合物激光系统中的至少两种高分子化合物的共混比例等于或低于40：60，且该至少两种高分子化合物的混合物次要成分是聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑]。[0018]在本发明第一态样的第八实施例中提供了一种固态的共混聚合物激光系统，其中该共混聚合物激光系统中的至少两种高分子化合物的共混比例等于或高于0.1：99.9，且该至少两种高分子化合物的混合物次要成分是聚(2-(2',5'-双(2'-乙基己氧基)苯基)-1,4-亚苯基亚乙烯基)。[0019]在本发明第一态样的第九实施例中提供了一种固态的共混聚合物激光系统，其中该共混聚合物激光系统中的至少两种高分子化合物的共混比例等于或低于40：60，且该至少两种高分子化合物的混合物次要成分是聚(2-(2',5'-双(2'-乙基己氧基)苯基)-1,4-亚苯基亚乙烯基)。[0020]在本发明第一态样的第十实施例中提供了一种固态的共混聚合物激光系统，其中进一步包含一集成了不同光栅周期的dfb反馈结构，以提供不同的可调激光输出。[0021]在本发明第一态样的第十一实施例中提供了一种固态的共混聚合物激光系统，其中该光栅周期之一为270奈米；该至少两种高分子化合物之一是聚(9,9-二辛基芴)；以及该可调激光输出的相应波长在439奈米至456奈米之变化。[0022]在本发明第一态样的第十二实施例中提供了一种固态的共混聚合物激光系统，其中该光栅周期之一为340奈米；该至少两种高分子化合物之两种是聚(9,9-二辛基芴)和聚(2-(2',5'-双(2'-乙基己氧基)苯基)-1,4-亚苯基亚乙烯基)；以及该可调激光输出的相应波长在500奈米至541奈米之变化。[0023]在本发明第一态样的第十三实施例中提供了一种固态的共混聚合物激光系统，其中该光栅周期之一为415奈米；该至少两种高分子化合物之两种是聚(2-(2',5'-双(2'-乙基己氧基)苯基)-1,4-亚苯基亚乙烯基)和聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑]；以及该可调激光输出的相应波长在600奈米至644奈米之变化。[0024]在本发明第一态样的第十四实施例中提供了一种固态的共混聚合物激光系统，其中该共混聚合物激光系统形成一层或多层厚度为120奈米至195奈米的共混聚合物膜。[0025]在本发明第一态样的第十五实施例中提供了一种固态的共混聚合物激光系统，其中通过旋转涂布该至少两种高分子化合物的溶液混合物，将该一层或多层共混聚合物膜沉积在石英基板上。[0026]在整份说明书中，除非前后文有要求其他种解释，否则『包括(comprise)』此字或变化用语，例如『包括(comprises)或『包括(comprising)』，可以被理解为是包含了所提到的一个整体或整体的群组，但并不排除任何其他的整体或整体群组。还需留意的是，在本揭露中，且特别是在申请专利范围及/或段落中，一些用语如『包括(comprises)』、『包括(comprised)』、『包括(comprising)』与类似用语，可具有归属于美国专利法的意义。例如，这些用语的意思可以是『包括(includes)』、『包括(included)』、『包括(including)』与其类似用语；且例如『大体上由…组成(consisting essentially of)』与『大体上由…组成(consists essentially of)』等用语具有在美国专利法中所描述的意思。例如，它们容许未被明确引用的元件，但排除现有技术中可得的或会影响本发明的基本特性或新颖特性的元件。[0027]并且，在整份说明书与申请专利范围中，除非前后文有要求其他种解释，否则『包括(include)』此字或变化用语，例如『包括(includes)』或『包括(including)』，可以被理解为是包含了所提到的一个整体或整体的群组，但并不排除任何其他的整体或整体群组。[0028]本文使用的替代术语的其他定义可以在本发明的详细描述中找到并转换全文。除非另外定义，否则这里使用的所有其他技术术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的主题相同的含义。[0029]对本领域通常知识者而言，在检阅过随后的描述后，本发明的其他态样与优点将是显而易见的。附图说明[0030]透过本发明的后续描述并结合伴随的图式，本发明将变得显而易见，其中：[0031]图1所示为聚(9,9-二辛基芴)(pfo)、聚(2-(2',5'-双(2'-乙基己氧基)苯基)-1,4-亚苯基亚乙烯基)(behp-ppv)和聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑](meh-ppv)的化学结构。[0032]图2a所示为pfo样品发射光谱的fwhm(实心正方形)和输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0033]图2b所示为具有各种泵浦通量的pfo样品的平面波导的发射光谱。[0034]图3a所示为behp-ppv样品的输出强度(实心正方形和球形、具偏光片和不具偏光片)相对与泵浦能量密度的关系图。[0035]图3b所示为具有各种泵浦通量的behp-ppv样品(不具偏光片)的平面波导的发射光谱。[0036]图4所示为behp-ppv和meh-ppv的吸光度和pl光谱。meh-ppv的吸收光谱与behp-ppv的pl光谱之间存在明显的光谱重叠，这有望引起从behp-ppv至meh-ppv的有效能量转移。[0037]图5所示为膜厚度相对与混合浓度的关系图。[0038]图6a所示为显示了behp-ppv：meh-ppv共混体系在纯膜中的透射光谱。meh-ppv的浓度在0.01％至0.4％的范围内变化。图中还显示了behp-ppv和meh-ppv纯膜的透射光谱。[0039]图6b所示为纯膜中behp-ppv：meh-ppv共混体系的透射光谱。meh-ppv的浓度在0.8％至8％的范围内变化。图中还显示了behp-ppv和meh-ppv纯膜的透射光谱。[0040]图6c所示为纯膜中behp-ppv：meh-ppv共混体系的透射光谱。meh-ppv的浓度在10％至40％的范围内变化。图中还显示了behp-ppv和meh-ppv纯膜的透射光谱。[0041]图6d所示为纯膜中behp-ppv：meh-ppv共混体系的吸收光谱。meh-ppv的浓度在0.01％至0.4％的范围内变化。图中还显示了behp-ppv和meh-ppv纯膜的吸收光谱。[0042]图6e所示为纯膜中behp-ppv：meh-ppv共混体系的吸收光谱。meh-ppv的浓度在0.8％至8％的范围内变化。图中还显示了behp-ppv和meh-ppv纯膜的吸收光谱。[0043]图6f所示为纯膜中behp-ppv：meh-ppv共混体系的吸收光谱。meh-ppv的浓度在10％至40％的范围内变化。图中还显示了behp-ppv和meh-ppv纯膜的吸收光谱。[0044]图6g所示为纯膜中behp-ppv：meh-ppv共混体系的光谱吸收系数。meh-ppv的浓度在4％至40％的范围内变化。[0045]图7a所示为behp-ppv：meh-ppv混合样品的pl光谱。meh-ppv的浓度在0.01％至1％的范围内变化。图中还显示了behp-ppv纯膜的pl光谱。[0046]图7b所示为behp-ppv：meh-ppv混合样品的pl光谱。meh-ppv的浓度在2％至40％的范围内变化。[0047]图7c所示为behp-ppv：meh-ppv混合样品的pl光谱(通过最大值归一化)。meh-ppv的浓度在0.01％至1％的范围内变化。图中还显示了behp-ppv纯膜的pl光谱(通过最大值归一化)。[0048]图7d所示为behp-ppv：meh-ppv混合样品的pl光谱(通过最大值归一化)。meh-ppv的浓度在2％至40％的范围内变化。[0049]图7e所示为behp-ppv：meh-ppv混合样品的pl光谱(通过面积归一化)。meh-ppv的浓度在0.01％至1％的范围内变化。图中还显示了behp-ppv纯膜的pl光谱(通过最大值归一化)。[0050]图7f所示为behp-ppv：meh-ppv混合样品的pl光谱(通过最大值归一化)。meh-ppv的浓度在2％至40％的范围内变化。[0051]图8所示为共混膜在390奈米处激发的pl量子产率(plqy)值与meh-ppv浓度的关系图。[0052]图9a所示为在525奈米附近进行光放大时，meh-ppv浓度为0.01％的混合样品的ase结果。发射光谱的fwhm(实心正方形)和混合样品的输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0053]图9b所示为meh-ppv浓度为0.01％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0054]图9c所示为在525奈米附近进行光放大时，meh-ppv浓度为0.02％的混合样品的ase结果。发射光谱的fwhm(实心正方形)和混合样品的输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0055]图9d所示为meh-ppv浓度为0.02％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0056]图9e所示为在525奈米附近进行光放大时，meh-ppv浓度为0.04％的混合样品的ase结果。发射光谱的fwhm(实心正方形)和混合样品的输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0057]图9f所示为meh-ppv浓度为0.04％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0058]图10a所示为在524奈米和563奈米处进行双波长光放大时，meh-ppv浓度为0.1％的混合样品的ase结果。具有0.1％meh-ppv分数的混合样品在不同的放大峰下的输出强度(实心正方形和球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0059]图10b所示为meh-ppv浓度为0.1％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0060]图11a所示为在570奈米附近进行光放大时，meh-ppv浓度为0.2％的混合样品的ase结果。发射光谱的fwhm(实心正方形)和混合样品的输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0061]图11b所示为meh-ppv浓度为0.2％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0062]图11c所示为在570奈米附近进行光放大时，meh-ppv浓度为0.4％的混合样品的ase结果。发射光谱的fwhm(实心正方形)和混合样品的输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0063]图11d所示为meh-ppv浓度为0.4％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0064]图11e所示为在570奈米附近进行光放大时，meh-ppv浓度为0.8％的混合样品的ase结果。发射光谱的fwhm(实心正方形)和混合样品的相对输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0065]图11f所示为meh-ppv浓度为0.8％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0066]图11g所示为在570奈米附近进行光放大时，meh-ppv浓度为1％的混合样品的ase结果。发射光谱的fwhm(实心正方形)和混合样品的输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0067]图11h所示为meh-ppv浓度为1％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0068]图11i所示为在570奈米附近进行光放大时，meh-ppv浓度为2％的混合样品的ase结果。发射光谱的fwhm(实心正方形)和混合样品的输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0069]图11j所示为meh-ppv浓度为2％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0070]图12a所示为在约610奈米(±10奈米)处进行光放大时，meh-ppv浓度为4％的混合样品的ase结果。发射光谱的fwhm(实心正方形)和混合样品的输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0071]图12b所示为meh-ppv浓度为4％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0072]图12c所示为在约610奈米(±10奈米)处进行光放大时，meh-ppv浓度为6％的混合样品的ase结果。发射光谱的fwhm(实心正方形)和混合样品的输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0073]图12d所示为meh-ppv浓度为6％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0074]图12e所示为在约610奈米(±10奈米)处进行光放大时，meh-ppv浓度为8％的混合样品的ase结果。发射光谱的fwhm(实心正方形)和混合样品的输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0075]图12f所示为meh-ppv浓度为8％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0076]图12g所示为在约610奈米(±10奈米)处进行光放大时，meh-ppv浓度为10％的混合样品的ase结果。发射光谱的fwhm(实心正方形)和混合样品的输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0077]图12h所示为meh-ppv浓度为10％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0078]图12i所示为在约610奈米(±10奈米)处进行光放大时，meh-ppv浓度为12％的混合样品的ase结果。发射光谱的fwhm(实心正方形)和混合样品的输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0079]图12j所示为meh-ppv浓度为12％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0080]图12k所示为在约610奈米(±10奈米)处进行光放大时，meh-ppv浓度为16％的混合样品的ase结果。发射光谱的fwhm(实心正方形)和混合样品的输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0081]图12l所示为meh-ppv浓度为16％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0082]图12m所示为在约610奈米(±10奈米)处进行光放大时，meh-ppv浓度为20％的混合样品的ase结果。发射光谱的fwhm(实心正方形)和混合样品的输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0083]图12n所示为meh-ppv浓度为20％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0084]图12o所示为在约610奈米(±10奈米)处进行光放大时，meh-ppv浓度为40％的混合样品的ase结果。发射光谱的fwhm(实心正方形)和混合样品的输出强度(实心球形)作为泵浦能量密度的函数。分别在考虑或不考虑传输损耗的情况下估算ase阈值。[0085]图12p所示为meh-ppv浓度为40％的混合样品的平面波导的发射光谱。[0086]图13a所示为在λex＝355奈米处进行泵浦的共混体系的ase能量阈值(不考虑传输损耗)与meh-ppv分数的关系图。混合样品中所选择的meh-ppv分数分别为0.01％、0.02％、0.04％、0.1％、0.2％、0.4％、0.8％、1％、2％、4％、6％、8％、10％、12％，16％、20％和40％。[0087]图13b所示为混合样品的ase中心波长与meh-ppv浓度的关系图。[0088]图14所示为behp-ppv：meh-ppv共混体系的可调ase光谱，其发射波长为520奈米至610奈米。结果由另一个激光系统在λex＝355奈米泵出。[0089]图15a所示为在λex＝355奈米处进行泵浦的共混体系的ase能量阈值(不考虑传输损耗)与meh-ppv分数的关系图。结果由另一个激光系统泵出。[0090]图15b所示为混合样品的ase中心波长与meh-ppv浓度的关系图。结果由另一个激光系统泵出。[0091]图16所示为pfo和behp-ppv的吸光度和pl光谱。behp-ppv的吸收光谱与pfo的pl光谱之间存在明显的光谱重叠，这有望引起从pfo至behp-ppv的有效能量转移。[0092]图17a所示为纯膜中pfo：behp-ppv共混体系的透射光谱。behp-ppv的浓度在0.1％-2％的范围内变化。图中还显示了pfo纯膜的透射光谱。p：b的数字表示pfo与behp-ppv的浓度比。[0093]图17b所示为纯膜中pfo：behp-ppv共混体系的透射光谱。behp-ppv的浓度在3％-40％的范围内变化。p：b的数字表示pfo与behp-ppv的浓度比。[0094]图17c所示为纯膜中pfo：behp-ppv共混体系的透射光谱。behp-ppv的浓度在0.1％-2％的范围内变化。图中还显示了pfo纯膜进行归一化后的吸收光谱。p：b的数字表示pfo与behp-ppv的浓度比。[0095]图17d所示为纯膜中pfo：behp-ppv共混体系归一化后的吸收光谱。behp-ppv的浓度在3％-40％的范围内变化。p：b的数字表示pfo与behp-ppv的浓度比。[0096]图18a所示为pfo：behp-ppv混合样品的pl光谱(通过面积归一化)。behp-ppv的浓度在0.1％-2％的范围内变化。图中还显示了pfo纯膜的pl光谱(通过面积归一化)。p：b的数字表示pfo与behp-ppv的浓度比。[0097]图18b所示为pfo：behp-ppv混合样品的pl光谱(通过面积归一化)。behp-ppv的浓度在3％-40％的范围内变化。p：b的数字表示pfo与behp-ppv的浓度比。[0098]图19所示为pfo：behp-ppv共混薄膜在390奈米处激发的plqy值作为behp-ppv浓度的函数。[0099]图20所示为pfo：behp-ppv共混体系的多个ase光谱，其发射波长为450奈米至520奈米。p：b的数字表示pfo与behp-ppv的浓度比。[0100]图21所示为顶部面板中通过pfo聚合物膜厚度(薄膜厚度从100奈米到200奈米不等；周期为270奈米的相同分布式反馈(dfb)光栅)的变化产生的可调蓝色激光波长，以及底部面板中的pfo dfb激光器的泵浦激光能量密度阈值的相应波长变化。[0101]图22所示为顶部面板中通过pfo：behp-ppv 60：40聚合物膜厚度(薄膜厚度从100奈米到500奈米不等；周期为340奈米的相同dfb光栅)的变化产生的可调绿色激光波长，以及底部面板中的共混pfo：behp-ppv(60：40)dcb激光器的泵浦激光能量密度阈值的相应波长变化。p：b的数字表示pfo与behp-ppv的浓度比。[0102]图23所示为顶部面板中通过behp-ppv：meh-ppv 90：10聚合物膜厚度(薄膜厚度从100奈米到500奈米不等；周期为415奈米的相同dfb光栅)的变化产生的可调红色激光波长，以及底部面板中的共混behp-ppv：meh-ppv(90:10)dcb激光器的泵浦激光能量密度阈值的相应波长变化。b：m的数字表示behp-ppv与meh-ppv的浓度比。[0103]图24所示为在619奈米处具有激光输出的共混behp-ppv：meh-ppv(90：10)dfb激光器的输出功率与输入功率的关系图。具体实施方式[0104]本发明不限于在此所描述的任一具体实施例中的范围。以下所提出的实施例仅用于例示。[0105]有机增益介质[0106]聚(9,9-二辛基芴)(pfo)被选为一种用于蓝光发射的共混聚合物之一。聚(2-(2',5'-双(2'-乙基己氧基)苯基)-1,4-亚苯基亚乙烯基)(behp-ppv)和聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑](meh-ppv)被选为用于绿光至红光发射的两种聚合物(图1)。当某些材料/化合物为溶液形式时，它们可能会产生激光或ase，在溶液中，这些材料/化合物在物理上完全分开，因此表现为个体。然而，当为固体形式时，这些材料可以是化合物(例如分子)或原子，然后会紧密堆积。在这种情况下，它们将相互影响；紧密接触的结果之一为其可以终止任何发光，包括发射激光和ase。因此，在溶液中具有ase/激光性能的材料不一定表示其在固态时亦是如此。这种现象在科学界已得到公认。[0107]材料与方法[0108]测量ase[0109]关于无进一步说明的ase测量，使用nd-yag调q雷射器(3奈秒、355奈米、7500赫兹)提供泵浦能量，并使用斩波器以获得18赫兹的斩波频率。激光束被柱面透镜转换，形成一个5.0毫米×0.40毫米的条纹状激发区域。ase边缘发射由海洋光学usb4000监控。[0110]激光/ase阈值是激光/放大装置的关键参数，其定义了增益等于谐振器和光波导损耗的状态。低激光/ase阈值始终是激光设备工程的需求，这意味着激光/放大所需使用的能量较低。关于ase，阈值与波导质量、增益材料、激光脉冲宽度等有关。在类似的泵浦条件下，可相互比较不同材料间的阈值，为激光设备选择更合适的增益材料。[0111]pfo膜的阈值约为11.2μj/cm2(图2a)。与其他报导相比，该结果是可信的(略低一些，主要是由于设备中的脉冲宽度较小)。pfo平面波导对应的ase峰为449奈米(图2b)。behp-ppv膜的阈值约为26.1μj/cm2(图3a)。关于能量输入，阈值约为11.7μj/cm2。behp-ppv平面波导对应的ase峰为524奈米(图3b)。发明人没有获得355奈米处meh-ppv的窄光谱，主要是由于其在355奈米处的吸收非常低。[0112]用于可调放大的主-客体能量传递系统[0113]聚合物behp-ppv和meh-ppv具有一个共同的分子主链ppv。behp-ppv的pl峰值为487奈米。behp-ppv纯膜在390奈米处激发的量子效率为20％。关于behp-ppv，吸收峰在416奈米处，并在491奈米处急剧下降至零。meh-ppv的pl在575奈米处达到峰值。meh-ppv纯膜在390奈米处激发的量子效率为9％。关于meh-ppv，吸收峰在488奈米处，并在600奈米处下降至零(图4)。[0114]behp-ppv的发射光谱与meh-ppv的吸收光谱非常吻合。借由fret，从behp-ppv到meh-ppv的有效能量转移是可预期的(图4)。behp-ppv：meh-ppv共混體系[0115]通过混合聚合物溶液(behp-ppv和meh-ppv)来制备共混溶液。behp-ppv的使用浓度为22毫克/毫升。关于不同的混合条件，meh-ppv的使用浓度可选为0.1毫克/毫升、0.5毫克/毫升、2毫克/毫升、8毫克/毫升。将混合溶液加热至50-90℃，并以200-1000rpm搅拌速度进行搅拌。表1中列出了混合成分。[0116]表1:混合成分[0117]通过旋转涂布将混合溶液涂在石英基板上，可以沉积共混聚合物膜。旋转涂布速度在500rpm至8000rpm之间。加速速度在500rpm/秒至4000rpm/秒之间。混合样品的厚度列于表2中。混合样品的膜厚度为约150±40奈米(表2和图5)，适合在这些膜中形成用于ase测量的波导结构。[0118]表2：混合样品的浓度[0119]这些混合样品的透射光谱和吸收光谱与behp-ppv和meh-ppv的透射和吸收信号有关(图6a至6g)。meh-ppv荧光随meh-ppv比例增加而逐渐增强，其代表该过程中的能量转移(图7a至7f)。plqy值在9％至22％的范围内(图8)。[0120]通过精确调制混合比例，可在混合系统中演示可调整的光放大。以下列出了使用不同meh-ppv浓度时的可调谐ase波长结果：-meh-ppv浓度介于0％和0.04％之间，在525奈米处附近的光放大(图9a至9f)；-meh-ppv浓度为0.1％时，在524奈米和563奈米处的双波长光放大(图10a至10b)；-meh-ppv浓度介于0.2％和2％之间，在570奈米处附近的光放大(图11a至11j)；-meh-ppv浓度介于4％和40％之间，在610奈米(±10奈米)处的光放大(图12a至12p)。[0121]在不同光放大波段，具有变化的ase阈值。在共混体系中，共混物-0.01％中所展示的最低绿色ase阈值为15.2μj/cm2；共混物-1％中所展示的最低黄色ase阈值为16.2μj/cm2；共混物-4％中所展示的最低红色ase阈值为4.5μj/cm2(图13a)。在不同的meh-ppv浓度下相应的ase峰如图13b所示。[0122]通过使用其他激光设备如nd-yag雷射器(5奈秒、355奈米、10赫兹)作为泵浦源，在behp-ppv：meh-ppv混合体系中还演示了从绿色至红色的可调光放大(绿ase、绿+黄ase、黄ase、黄+红ase、红ase)(图14)。图15a和15b分别显示了在不同meh-ppv浓度下相应的ase阈值和峰值。[0123]第二种共混聚合物体系：pfo：behp-ppv共混体系[0124]behp-ppv的吸收光谱与pfo的pl光谱之间存在明显的光谱重叠，这有望引起从pfo至behp-ppv的有效能量转移(图16)。[0125]通过使用将pfo和behp-ppv的聚合物溶液混合的类似方法，制备了pfo：behp-ppv的混合溶液。将混合溶液加热至50-90℃，并以200-1000rpm搅拌速度进行搅拌。通过旋转涂布将混合溶液涂在石英基板上，可以沉积共混聚合物膜。旋转涂布速度在500rpm至8000rpm之间。加速速度在500rpm/秒至4000rpm/秒范围内。混合样品的膜厚度约为130±10奈米。[0126]这些混合样品的透射光谱和吸收光谱与pfo和behp-ppv的透射和吸收信号有关(图17a至17d)。behp-ppv荧光随behp-ppv比例增加而逐渐增强，其代表该过程中的能量转移(图18a至18b)。plqy值在32％至57％的范围内(图19)。[0127]在pfo：behp-ppv混合体系中演示了ase波长从450奈米至520奈米的可调光放大(图20)。[0128]混合体系中的可调的dfb激光器[0129]通过一个集成了具有270奈米的光栅周期的dfb反馈结构，pfo dfb激光设备显示出可调的蓝色激光输出，波长变化在439奈米至456奈米之间(图21)。最低激射阈值为每一脉冲ca.38nj。[0130]通过一个集成了具有340奈米的光栅周期的dfb反馈结构，pfo：behp-ppv 60：40dfb激光设备显示出可调的绿色激光输出，波长变化在500奈米至541奈米之间(图22)。最低激射阈值为每一脉冲ca.5nj。[0131]通过一个集成了具有415奈米的光栅周期的dfb反馈结构，behp-ppv：meh-ppv dfb激光设备显示出可调的红色激光输出，波长变化在600奈米至644奈米之间(图23)。最低激射阈值为每一脉冲ca.6nj。例如，在619奈米处发射的behp-ppv：meh-ppv(90:10)混合样品中展示了具有大面积光栅(1.2毫米×1.2毫米)的dfb激光输出。当泵浦功率为62μw时，输出功率大于1μw。激光输出斜率效率《1.6％(图24)。工业应用性[0132]本发明是关于一种共混聚合物系统，具有通过调节共混比例来调谐激光波长的特性，可以用于健康监测、环境监测感应器和组织成像。在这些应用中，检测气体、污染物和生物组织常常需要使用宽范围的发射光。目前使用的材料不具有在整个光学范围内从蓝光到红外光的广泛可调谐范围。通过使用相同的两种聚合物，可以产生可发射出蓝色至红色的激光。这简化了设计及多波长激光传感器系统的集成，因此生产具有成本效益。[0133]从前面的描述中，本领域技术人员将理解，可以以各种形式来实现实施例的广泛技术。因此，尽管已经结合实施例的特定示例描述该实施例，但这并不限制其真实范围，因为通过研究附图、说明书和所附申请专利范围，其他修改对熟练技术人员将变得显而易见。









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