專利名稱：一種分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米光電子材料及器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及利用激光干涉光場(chǎng)輻照蒸鍍有金屬窄帶的有機(jī)半導(dǎo)體高分子材料薄膜，在金屬窄帶兩側(cè)形成分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)有機(jī)半導(dǎo)體激光器腔結(jié)構(gòu)的直寫制備。
背景技術(shù)：
有機(jī)半導(dǎo)體激光器腔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制備對(duì)于新型激光光源和電泵浦有機(jī)半導(dǎo)體激光器的實(shí)現(xiàn)有著重要的意義。而分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)有機(jī)半導(dǎo)體激光器的常用腔結(jié)構(gòu)之一，該結(jié)構(gòu)是一種四分之一波長(zhǎng)多層系統(tǒng):由兩種不同折射率的材料交替排列組成周期結(jié)構(gòu)，每層材料的光學(xué)厚度為入/4，其中\(zhòng)為反射波長(zhǎng)，反射率可達(dá)99%以上，并且可通過改變材料的折射率或厚度來調(diào)整反射波長(zhǎng)。目前，關(guān)于分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)的制作方法包括磁控濺射、真空蒸鍍、分子束外延成形及機(jī)械加工等，但這些制作方法存在工藝過程復(fù)雜、設(shè)備昂貴、成本高等問題 ，在一定程度上限制了有機(jī)半導(dǎo)體激光器的廣泛應(yīng)用和實(shí)用技術(shù)開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種基于激光干涉誘導(dǎo)有機(jī)半導(dǎo)體高分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)的制備方法。即將激光干涉光場(chǎng)作用于蒸鍍有金屬窄帶的有機(jī)半導(dǎo)體高分子材料薄膜，干涉圖案亮條紋區(qū)的有機(jī)半導(dǎo)體高分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致折射率增大，而干涉圖案暗條紋區(qū)的有機(jī)半導(dǎo)體高分子不發(fā)生變化，從而在金屬窄帶兩側(cè)形成分布式布拉格反射鏡腔結(jié)構(gòu)(由兩側(cè)反射鏡和中間的有機(jī)半導(dǎo)體半導(dǎo)體發(fā)光材料共同組成)。一種基于激光干涉誘導(dǎo)交聯(lián)反應(yīng)的有機(jī)半導(dǎo)體激光器腔結(jié)構(gòu)，其特征在于，誘導(dǎo)高分子材料實(shí)現(xiàn)交聯(lián)反應(yīng)的激光波長(zhǎng)小于等于500nm，激光干涉交聯(lián)的有機(jī)半導(dǎo)體高分子材料厚度優(yōu)選為50-200nm，金屬薄膜厚度優(yōu)選為200-400nm。所述的金屬優(yōu)選金、銀、鋁或鉬。本發(fā)明中基于激光干涉誘導(dǎo)交聯(lián)反應(yīng)的有機(jī)半導(dǎo)體激光器腔結(jié)構(gòu)制備方法具體方案如下:I)將有機(jī)半導(dǎo)體高分子材料溶解于有機(jī)溶劑中，制成濃度為10-150mg/ml的有機(jī)半導(dǎo)體溶液；2)以500-4000rpm的轉(zhuǎn)速，以轉(zhuǎn)速為2000rpm時(shí)為最佳，將有機(jī)半導(dǎo)體高分子材料
溶液旋涂在基底上，獲得厚度均勻的有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜，薄膜的厚度為50-200nm ；3)在有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜上蒸鍍一層厚度為200-400nm金屬窄帶，金屬窄帶只覆蓋有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜的一部分，在金屬窄帶的兩側(cè)還有沒有被覆蓋的連續(xù)的有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜；4)將激光干涉光場(chǎng)從金屬窄帶所在表面入射，與金屬窄帶兩側(cè)的連續(xù)的有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜作用，使高分子材料發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，干涉圖案亮條紋區(qū)的有機(jī)半導(dǎo)體高分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致折射率增大，而干涉圖案暗條紋區(qū)的有機(jī)半導(dǎo)體高分子不發(fā)生變化，形成分布式布拉格反射鏡激光腔結(jié)構(gòu)。上述所述的高分子材料為有機(jī)半導(dǎo)體材料聚[(9，9-二正辛基芴基-2，7-二基)-alt-(苯并[2，1，3]噻二唑-4,8-二基)](F8BT)、或 9，9-二辛基芴-并-9，9-二(4-甲氧基苯基)-芴(F8DP)等；有機(jī)溶劑為二甲苯、甲苯、氯苯、二氯苯、苯、三氯甲烷、環(huán)己烷、戊烷、己烷或辛烷中的一種；基底選自玻璃、ITO(氧化銦錫)玻璃、FTO(摻雜氟的氧化錫)玻璃、石英片或者硅片等；金屬為金、銀、鋁或鉬；所用激光波長(zhǎng)小于等于500nm。優(yōu)選金屬窄帶的寬度為1_3_。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn):I)本發(fā)明方法無需使用昂貴的設(shè)備，成本低，可制備周期可控的分布式布拉格微腔結(jié)構(gòu)，重復(fù)性好，樣品質(zhì)量高。2)本發(fā)明方法中由于金屬窄帶比較厚激光干涉光場(chǎng)不能透過金屬窄帶，使得金屬窄帶下面的連續(xù)有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜沒有反應(yīng)，而激光干涉光場(chǎng)與連續(xù)有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜作用使得高分子材料發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，可以同時(shí)在金屬窄帶兩側(cè)形成完全相同的兩個(gè)分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)。


圖1、基于激光干涉誘導(dǎo)交聯(lián)反應(yīng)制備有機(jī)半導(dǎo)體激光器腔結(jié)構(gòu)的光路示意
其中，I為激光器；2為分束鏡；3為介質(zhì)膜全反鏡；4為鍍有金屬窄條的有機(jī)半導(dǎo)體高分子樣品；圖2、基于激光干涉誘導(dǎo)交聯(lián)反應(yīng)制備的分布式布拉格反射鏡腔結(jié)構(gòu)的(a)示意圖和(b)實(shí)物照片；
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1:基于激光干涉誘導(dǎo)交聯(lián)反應(yīng)制備有機(jī)半導(dǎo)體激光器腔結(jié)構(gòu)制備方法。I)將有機(jī)半導(dǎo)體材料F8BT溶解于有機(jī)溶劑(有機(jī)溶劑為二甲苯、甲苯、氯苯、二氯苯、苯、三氯甲烷、環(huán)己烷、戊烷、己烷或辛烷中的一種中)，制成濃度為20mg/ml的有機(jī)半導(dǎo)體溶液；2)以2000rpm的轉(zhuǎn)速，將步驟I)中的F8BT溶液旋涂在ITO玻璃基底上(ΙΤ0厚度為200nm，玻璃厚度為1mm)，制備出厚度為80nm的有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜；3)在步驟2)中的有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜上蒸鍍一個(gè)厚度為200nm金屬窄帶；4)將一維激光干涉光場(chǎng)(激光波長(zhǎng)為325nm，干涉條紋周期為280nm)與蒸鍍有金屬窄帶的連續(xù)有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜作用，使金屬窄帶兩側(cè)的高分子材料發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)。光路示意圖見圖1 ;制作的微腔結(jié)構(gòu)示意圖和照片見圖2。實(shí)施例2:基于激光干涉誘導(dǎo)交聯(lián)反應(yīng)的二維金屬微納結(jié)構(gòu)制備方法。I)將有機(jī)半導(dǎo)體材料F8BT溶解于有機(jī)溶劑(有機(jī)溶劑為二甲苯、甲苯、氯苯、二氯苯、苯、三氯甲烷、環(huán)己烷、戊烷、己烷或辛烷中的一種中)中，制成濃度為25mg/ml的有機(jī)半導(dǎo)體溶液；
2)以2000rpm的轉(zhuǎn)速，將步驟I)中的F8BT溶液旋涂在ITO玻璃基底上(IT0厚度為200nm，玻璃厚度為Imm)上，制備出厚度為IOOnm的有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜；3)在步驟2)中的有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜上蒸鍍一層厚度為400nm金屬窄帶薄膜；
4)將一維激光干涉光場(chǎng)(激光波長(zhǎng)為355nm，干涉條紋周期為300nm)與蒸鍍有金屬窄帶的連續(xù)有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜作用，使金屬窄帶兩側(cè)的高分子材料發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.基于激光干涉誘導(dǎo)交聯(lián)反應(yīng)的分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將有機(jī)半導(dǎo)體高分子材料溶解于有機(jī)溶劑中，制成濃度為10-150mg/ml的有機(jī)半導(dǎo)體溶液； 2)以500-4000rpm的轉(zhuǎn)速，以轉(zhuǎn)速為2000rpm時(shí)為最佳，將有機(jī)半導(dǎo)體高分子材料溶液旋涂在基底上，獲得厚度均勻的有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜，薄膜的厚度為50-200nm ； 3)在有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜上蒸鍍一層厚度為200-400nm金屬窄帶，金屬窄帶只覆蓋有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜的一部分，在金屬窄帶的兩側(cè)還有沒被覆蓋的連續(xù)的有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜； 4)將激光干涉光場(chǎng)從金屬窄帶所在表面入射，與金屬窄帶兩側(cè)的連續(xù)的有機(jī)半導(dǎo)體高分子薄膜作用，使高分子材料發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，干涉圖案亮條紋區(qū)的有機(jī)半導(dǎo)體高分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致折射率增大，而干涉圖案暗條紋區(qū)的有機(jī)半導(dǎo)體高分子不發(fā)生變化，形成分布式布拉格反射鏡激光腔結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于，步驟I)中所述的有機(jī)半導(dǎo)體高分子材料為F8BT、F8DP 中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)中所述的有機(jī)溶劑為二甲苯、甲苯、氯苯、二氯苯、苯、三氯甲烷、環(huán)己烷、戊烷、己烷或辛烷中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中步驟2)中所述的基底選自玻璃、ITO(氧化銦錫)玻璃、FTO(摻雜氟的氧化錫)玻璃、石英片或者硅片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于，步驟2)中所述的金屬為金、銀、鋁或鉬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于 ，其中步驟4)中所述的激光波長(zhǎng)小于等于500nmo
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，金屬窄帶的寬度為l_3mm。
8.按照權(quán)利要求1-7所述的任一方法所制備的。
全文摘要
一種分布式布拉格反射鏡結(jié)構(gòu)的制備方法，屬于納米光電子材料及器件技術(shù)領(lǐng)域。通過激光輻照蒸鍍有金屬窄條的有機(jī)半導(dǎo)體高分子材料，使金屬窄條兩側(cè)的高分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，在金屬窄條的兩側(cè)形成分布式布拉格反射鏡激光腔結(jié)構(gòu)的一種新的制備技術(shù)。本發(fā)明方法具有成本低、效率高，調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S5/125GK103236647SQ20131013440
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月17日
發(fā)明者翟天瑞, 林遠(yuǎn)海, 張新平, 劉紅梅, 王麗 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)