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一种偏振重复可调的随机激光器及其制备方法.pdf

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一种 偏振 重复 可调 随机 激光器 及其 制备 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910048785

申请日:

20190118

公开号:

CN109586156A

公开日:

20190405

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: H01S3/10;C08J5/18;C08L29/04;C08L67/04 主分类号: H01S3/10;C08J5/18;C08L29/04;C08L67/04
申请人: 东南大学
发明人: 叶莉华;赵庆;程志祥;洪少强;崔一平
地址: 210096 江苏省南京市玄武区四牌楼2号
优先权:
专利代理机构: 32206 代理人: 张伟
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910048785

授权公告号:

法律状态公告日:

20190405

法律状态类型:

公开

摘要

本发明公开了一种偏振重复可调的随机激光器及其制备方法。该随机激光器为膜状结构,由聚乙烯醇(PVA)、聚己内酯(PCL)和聚十五内酯(PPDL)的多嵌段共聚物、胶体量子点(CQDs)构成,所述PCL和PPDL多嵌段共聚物是一种形状记忆聚合物微粒,所述PCL和PPDL多嵌段共聚物、CQDs位于PVA构成的薄膜内。本发明基于PCL和PPDL多嵌段共聚物具有形状记忆的特性,在加热条件下,通过拉伸PVA薄膜并降温可使球形的PCL和PPDL多嵌段共聚物具有临时的椭球形状,再次加热后又可回复成球形,实现了随机激光器由光学各向同性到各向异性、再回复到各向同性的调控,从而达到出射随机激光偏振重复可调的目的。

权利要求书

1.一种偏振重复可调的随机激光器,其特征在于:其为膜状结构,由聚乙烯醇、聚己内酯和聚十五内酯的多嵌段共聚物、胶体量子点构成;所述PCL和PPDL多嵌段共聚物是一种形状记忆聚合物微粒,加热到转变温度以上,拉伸PVA薄膜并降温、使球形的微粒具有临时的椭球形状,再次加热到回复温度以上,又可回复成球形;可完成随机激光器由光学各向同性到各向异性、再回复到各向同性的调控,从而实现出射随机激光偏振重复可调。 2.根据权利要求1所述的一种偏振重复可调的随机激光器,其特征在于:所述聚己内酯和聚十五内酯多嵌段共聚物、胶体量子点位于聚乙烯醇构成的薄膜内。 3.根据权利要求1所述的一种偏振重复可调的随机激光器,其特征在于:所述聚己内酯和聚十五内酯多嵌段共聚物微粒的大小为0.5um-0.7um。 4.根据权利要求1所述的一种偏振重复可调的随机激光器,其特征在于:所述聚己内酯和聚十五内酯多嵌段共聚物的转变温度为70℃,回复温度为90℃。 5.根据权利要求2所述的一种偏振重复可调的随机激光器,其特征在于:所述聚乙烯醇构成的薄膜厚度为40um-80um。 6.权利要求1-5中?#25105;?#19968;项所述的一种偏振重复可调的随机激光器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤: (1)将一定量的聚乙烯醇加入到去离子水中,并在80℃下加热搅拌至聚乙烯醇完全溶解,得到浓度为20-40%wt的聚乙烯醇溶液; (2)将胶体量子点、聚己内酯和聚十五内酯多嵌段共聚物微粒加入到聚乙烯醇溶液中,超声10-20min; (3)使用刮刀将含有胶体量子点和共聚物微粒的聚乙烯醇溶?#21644;?#35206;在玻璃基板上,放置3天,待多余水?#21482;?#21457;掉,得到聚乙烯醇薄膜。 7.根据权利要求6所述的一种偏振重复可调的随机激光器的制备方法,其特征在于,步骤(3)中刮刀距玻璃基板的距离为0.3mm。

说明书


一种偏振重复可调的随机激光器及其制备方法
技术领域


本发明涉及一种随机激光器,具体涉及一种偏振重复可调的随机激光器。


背景技术


近年来,随机激光已经成为国际激光学界的热门研究领域。随机激光在产生机理
及发光特性上与传统激光器存在许多显著的不同,随机激光辐射源自激活无序介质,通过
辐射光在介质中的多次散射提供光学反馈,从而获得较大的增益,无需外?#26377;?#25391;腔。具有体
积小,?#23376;?#38598;成等特点。


形状记忆聚合物是一类典型的受激形变聚合物,在形变过程中会出现两类形状,
即:临时形状和永久形状,形状记忆聚合物在一定的外力和环?#31243;?#20214;下能够固定临时形状,
并能在特定外部刺激下(如:热刺激等)回复到初始形状(永久形状)。最常见的形状记忆聚
合物为热触发的单向双重形状记忆聚合物,当形状记忆聚合物被加热至转变温度以上时施
加外力,聚合物将产生宏观变形。在保持外力的条件下冷却后,除去外力,变形的形状(临时
形状)可被固定。这类加热时在外力下变形,冷却后固定临时形状的过程即为形状记忆的程
序化过程。当重新加热到转变温度以上,形状记忆聚合物能够重新回复到永久形状,这一过
程即为形状回复过程。2014年,Lendlein研究组在Small上发表的文章“Shape-Memory
Effect of Micro-/Nanoparticles from Thermoplastic Multiblock Copolymers?#20445;?#39318;次
报道了形状记忆聚合物微粒,这类微粒是聚己内酯和聚十五内酯的多嵌段共聚物,首先将
永久形状为球形的微粒?#24230;?#32858;乙烯醇薄膜中,然后在70℃拉伸,在保持拉伸外力的情况下
降温,微粒固定临时形状,形状回复的过程可以通过再次加热实现。


偏振光源与介质相互作用以后出来的散射光会带有自身的特?#36816;?#20915;定的偏振信
息,有别于通常测量得到的光强、相位等信息,并且偏振光在散射介质中的传输也是有规律
可循的。根据介质散射和目标反射光的不同偏振特性可利用偏振技术排除粒?#30001;?#23556;光的干
扰而提高图像的?#19978;?#36136;量;利用偏振光进行液晶显示;利用偏振光与拉伸应力之间的关系,
可用于制作传感器。然而在随机激光领域,随机激光通过以下几种方式实现偏振随机激光
的出射。2004年,Diederik S.Wiersma小组发表的文章“Quasi-Two-Dimensional
Diffusive Random Laser Action?#20445;?#36890;过外加电场实现液晶分子沿着电场方向取向,并实
现线偏振光的出射;2013年,哈尔滨工业大学的姚凤凤小组发表的文章“Polarization and
polarization control of random lasers from dye-doped nematic liquid
crystals?#20445;?#36890;过摩擦取向,导致液晶盒中液晶分子的取向 ,并依据染料分子与液晶分子之
间的宾主效应,实现线偏振随机激光的出射;2015年,北京工业大学的翟天瑞小组发表的文
章“A plasmonic random laser tunable through stretching silver nanowires
embedded in a flexible substrate”,通过将含有银纳米线和激光染料R6G的PDMS溶液旋
涂在硅胶基底上,形成波导结构,并通过拉伸PDMS薄膜,迫使银纳米线断裂和重新取向,实
现偏振随机激光出射。


现有技术中,偏振随机激光出射的实现方式,如通过外加电场控制,外加电场高达
120kV/cm,能耗较高;通过摩擦取向控制,其液晶盒内染料液晶混合物为液体,结构复杂,机
械性能较差,并且调控性能较差;通过拉伸含有染料的银纳米线PDMS基底,利用银纳米线的
断裂和重新取向实现偏振随机激光调节,其调节?#27573;?#23567;,可重复调节性较差。


发明内容


发明目的:本发明的目的是提供一种偏振重复可调的随机激光器,以解决现有技
术中偏振随机激光器能耗高、调控性能较差、可重复调节性差?#20219;?#39064;。


技术方案:本发明公开了一种偏振重复可调的随机激光器及其制备方法,其特征
在于:其为膜状结构,由聚乙烯醇(PVA)、聚己内酯(PCL)和聚十五内酯(PPDL)的多嵌段共聚
物、胶体量子点(CQDs)构成。所述PCL和PPDL多嵌段共聚物是一种形状记忆聚合物微粒,加
热到转变温度以上,拉伸PVA薄膜并降温、可使球形的微粒具有临时的椭球形状,再次加热
到回复温度以上,又可回复成球形。该技术可完成随机激光器由光学各向同性到各向异性、
再回复到各向同性的调控,从而实现出射随机激光偏振重复可调。


进一步,所述PCL和PPDL多嵌段共聚物、CQDs位于PVA构成的薄膜内。


进一步,所述PCL和PPDL多嵌段共聚物微粒的大小为0.5um-0.7um。


进一步,所述PCL和PPDL多嵌段共聚物的转变温度为70℃,回复温度为90℃。


进一步,所述PVA薄膜厚度为40um-80um。


一种偏振重复可调的随机激光器的制备方法,包括以下步骤:


(1)将一定量的PVA加入到去离子水中,并在80℃下加热搅拌至PVA完全溶解,得到浓度
为20-40%wt的PVA溶液。


(2)将量子点、PCL和PPDL多嵌段共聚物微粒加入到PVA溶液中,超声10-20min。


(3)使用刮刀将含有量子点和共聚物微粒的PVA溶?#21644;?#35206;在玻璃基板上,放置3天,
待多余水?#21482;?#21457;掉,得到PVA薄膜。


进一步,步骤(3)中刮刀距玻璃基板的距离为0.3mm。


发明原理:本发明中,在未对PVA薄膜进行拉伸操作之前,PCL和PPDL多嵌段共聚物
微粒为球状且随机分布在PVA薄膜中,此时薄膜为光学各向同性的,出射的随机激光为随机
偏振光,其偏振度为0。由于所用PVA薄膜的杨氏模量为51MPa,而PCL和PPDL多嵌段共聚物微
粒的杨氏模量为6MPa,因此,当温度达到PCL和PPDL多嵌段共聚物微粒的转变温度后(70
℃),通过拉伸PVA薄膜,将使得PCL和PPDL多嵌段共聚物微粒的形状同样随之改变,由球状
转变为沿着拉伸方向的椭球状。此时,薄膜为光学各向异性的,在平行于拉伸的方向上,聚
合物微粒与薄膜之间的折射率差增大,而在垂直于拉伸的方向上,聚合物微粒与薄膜之间
的折射率差减小。因此,平行于拉伸方向,散射增强,导致出射的随机激光在该方向上的分
量增强,相反,垂直于拉伸方向,散射减弱,导致出射的随机激光在该方向上的分量减弱,从
而使得出射随机激光可为线偏振光。由于所用PCL和PPDL多嵌段共聚物微粒具有形状记忆
性,因此,当温度再?#26410;?#21040;PCL和PPDL多嵌段共聚物微粒的回复温度后(90℃),共聚物微粒
又可由椭球型回复为球形。此时,薄膜将再?#20301;?#22797;为光学各向同性,使得出射随机激光为随
机偏振光。因此在本发明中,可以通过简单的方法实现随机激光偏振的重复调节。


有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下优点:


(1)本发明中使用具有形状记忆性地PCL和PPDL多嵌段共聚物微粒,通过改变微粒的形
状而改变随机激光的偏振,具有偏振可重复调节性。


(2)本发明中通过拉伸PVA薄膜随机激光器的方式实现随机激光偏振的控制,随机
激光的偏振方向平行于拉伸方向,该方式实现简单且能耗小。


(3)本发明制备的随机激光器,其结构简单,成?#38236;停?#19988;制备工艺简单,有利于在激
光显示、温度传感器、亮度可调光源等方面的应用。


附图说明


图1为本发明中PCL和PPDL多嵌段共聚物微粒形状改变示意图。


图2为本发明中随机激光器在未拉伸情况下出射随机激光示意图。


图3为本发明中随机激光器在拉伸情况下出射随机激光示意图。


具体实施方式


以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。


一种偏振重复可调的随机激光器,如图1所示,其为膜状结构,由聚乙烯醇(PVA)1、
聚己内酯(PCL)和聚十五内酯(PPDL)的多嵌段共聚物2-1、2-2、胶体量子点(CQDs)构成,所
述PCL和PPDL多嵌段共聚物2-1、2-2是一种形状记忆聚合物微粒,加热到转变温度以上,拉
伸PVA薄膜并降温可使球形的微粒具有临时的椭球形状2-2,再次加热到回复温度以上,又
可回复成球形2-1,该技术可完成随机激光器由光学各向同性到各向异性再回复到各向同
性的调控,从而实现出射随机激光偏振重复可调。


PCL和PPDL多嵌段共聚物、CQDs位于PVA构成的薄膜内。


PCL和PPDL多嵌段共聚物微粒的大小为0.5um-0.7um。


PCL和PPDL多嵌段共聚物的转变温度为70℃,回复温度为90℃。


PVA薄膜厚度为40um-80um。


一种偏振重复可调的随机激光器的制备方法,包括以下步骤:


(1)将一定量的PVA加入到去离子水中,并在80℃下加热搅拌至PVA完全溶解,得到浓度
为20-40%wt的PVA溶液。


(2)将CQDs、PCL和PPDL多嵌段共聚物微粒加入到PVA溶液中,超声10-20min。


(3)使用刮刀将含有CQDs和共聚物微粒的PVA溶?#21644;?#35206;在玻璃基板上,放置3天,待
多余水?#21482;?#21457;掉,得到PVA薄膜。


步骤(3)中刮刀距玻璃基板的距离为0.3mm。


如图2和图3所示,在未拉伸情况下,外界泵浦光3照射在随机激光器表面,出射随
机激光4为随机偏振态5-1;在拉伸情况下,外界泵浦光3照射在随机激光器表面,出射随机
激光4为线偏振态5-2。


下面根据实施例来对本发明做进一步说明,根据以下实施例可以更好地理解本发
明。然而,实施例所描述的具体物料配?#21462;?#24037;艺条件仅用于说明本发明,而?#25381;?#24403;限制权利
要求书中所描述的本发明。


实施例1


一种偏振重复可调的随机激光器,其为膜状结构,由聚乙烯醇(PVA)、聚己内酯(PCL)和
聚十五内酯(PPDL)的多嵌段共聚物微粒、胶体量子点(CQDs)构成。具体制作过程如下:


(1)将一定量的PVA加入到去离子水中,并在80℃下加热搅拌至PVA完全溶解,得到浓度
为25%wt的PVA溶液。


(2)取1mL 浓度为5mg/mL的CdSe/SnS CQDs溶液、5mL浓度为1mg/mL的PCL和PPDL多
嵌段共聚物微粒(大小为0.5um)加入到PVA溶液中,超声10min。


(3)固定刮刀与玻璃基板之间的距离为0.3mm,将(2)中所得混合溶液倾倒在玻璃
基板上,使用刮刀将其涂覆在玻璃基板上。


(4)放置3天,待多余水?#21482;?#21457;掉,得?#33014;?#24230;为40um的PVA薄膜。


实施例2


一种偏振重复可调的随机激光器,其为膜状结构,由聚乙烯醇(PVA)、聚己内酯(PCL)和
聚十五内酯(PPDL)的多嵌段共聚物微粒、胶体量子点(CQDs)构成。具体制作过程如下:


(1)将一定量的PVA加入到去离子水中,并在80℃下加热搅拌至PVA完全溶解,得到浓度
为30%wt的PVA溶液。


(2)取1mL 浓度为5mg/mL的CdSe/SnS CQDs溶液、5mL浓度为1mg/mL的PCL和PPDL多
嵌段共聚物微粒(大小为0.6um)加入到PVA溶液中,超声15min。


(3)固定刮刀与玻璃基板之间的距离为0.3mm,将(2)中所得混合溶液倾倒在玻璃
基板上,使用刮刀将其涂覆在玻璃基板上。


(4)放置3天,待多余水?#21482;?#21457;掉,得?#33014;?#24230;为60um的PVA薄膜。


实施例3


一种偏振重复可调的随机激光器,其为膜状结构,由聚乙烯醇(PVA)、聚己内酯(PCL)和
聚十五内酯(PPDL)的多嵌段共聚物微粒、胶体量子点(CQDs)构成。具体制作过程如下:


(1)将一定量的PVA加入到去离子水中,并在80℃下加热搅拌至PVA完全溶解,得到浓度
为40%wt的PVA溶液。


(2)取1mL 浓度为5mg/mL的CdSe/SnS CQDs溶液、5mL浓度为1mg/mL的PCL和PPDL多
嵌段共聚物微粒(大小为0.7um)加入到PVA溶液中,超声20min。


(3)固定刮刀与玻璃基板之间的距离为0.3mm,将(2)中所得混合溶液倾倒在玻璃
基板上,使用刮刀将其涂覆在玻璃基板上。


(4)放置3天,待多余水?#21482;?#21457;掉,得?#33014;?#24230;为80um的PVA薄膜。


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