專利名稱：一種分布式布拉格反射鏡結構的制備方法
技術領域：
本發明屬于納米光電子材料及器件技術領域，具體涉及利用激光干涉光場輻照蒸鍍有金屬窄帶的有機半導體高分子材料薄膜，在金屬窄帶兩側形成分布式布拉格反射鏡結構，可實現有機半導體激光器腔結構的直寫制備。
背景技術：
有機半導體激光器腔結構的設計和制備對于新型激光光源和電泵浦有機半導體激光器的實現有著重要的意義。而分布式布拉格反射鏡結構是實現有機半導體激光器的常用腔結構之一，該結構是一種四分之一波長多層系統:由兩種不同折射率的材料交替排列組成周期結構，每層材料的光學厚度為入/4，其中\為反射波長，反射率可達99%以上，并且可通過改變材料的折射率或厚度來調整反射波長。目前，關于分布式布拉格反射鏡結構的制作方法包括磁控濺射、真空蒸鍍、分子束外延成形及機械加工等，但這些制作方法存在工藝過程復雜、設備昂貴、成本高等問題 ，在一定程度上限制了有機半導體激光器的廣泛應用和實用技術開發。
發明內容
本發明目的是提出一種基于激光干涉誘導有機半導體高分子發生交聯反應形成分布式布拉格反射鏡結構的制備方法。即將激光干涉光場作用于蒸鍍有金屬窄帶的有機半導體高分子材料薄膜，干涉圖案亮條紋區的有機半導體高分子發生交聯反應導致折射率增大，而干涉圖案暗條紋區的有機半導體高分子不發生變化，從而在金屬窄帶兩側形成分布式布拉格反射鏡腔結構(由兩側反射鏡和中間的有機半導體半導體發光材料共同組成)。一種基于激光干涉誘導交聯反應的有機半導體激光器腔結構，其特征在于，誘導高分子材料實現交聯反應的激光波長小于等于500nm，激光干涉交聯的有機半導體高分子材料厚度優選為50-200nm，金屬薄膜厚度優選為200-400nm。所述的金屬優選金、銀、鋁或鉬。本發明中基于激光干涉誘導交聯反應的有機半導體激光器腔結構制備方法具體方案如下:I)將有機半導體高分子材料溶解于有機溶劑中，制成濃度為10-150mg/ml的有機半導體溶液；2)以500-4000rpm的轉速，以轉速為2000rpm時為最佳，將有機半導體高分子材料
溶液旋涂在基底上，獲得厚度均勻的有機半導體高分子薄膜，薄膜的厚度為50-200nm ；3)在有機半導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半導體高分子薄膜的一部分，在金屬窄帶的兩側還有沒有被覆蓋的連續的有機半導體高分子薄膜；4)將激光干涉光場從金屬窄帶所在表面入射，與金屬窄帶兩側的連續的有機半導體高分子薄膜作用，使高分子材料發生交聯反應，干涉圖案亮條紋區的有機半導體高分子發生交聯反應導致折射率增大，而干涉圖案暗條紋區的有機半導體高分子不發生變化，形成分布式布拉格反射鏡激光腔結構。上述所述的高分子材料為有機半導體材料聚[(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；有機溶劑為二甲苯、甲苯、氯苯、二氯苯、苯、三氯甲烷、環己烷、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；所用激光波長小于等于500nm。優選金屬窄帶的寬度為1_3_。本發明的優勢特點:I)本發明方法無需使用昂貴的設備，成本低，可制備周期可控的分布式布拉格微腔結構，重復性好，樣品質量高。2)本發明方法中由于金屬窄帶比較厚激光干涉光場不能透過金屬窄帶，使得金屬窄帶下面的連續有機半導體高分子薄膜沒有反應，而激光干涉光場與連續有機半導體高分子薄膜作用使得高分子材料發生交聯反應，可以同時在金屬窄帶兩側形成完全相同的兩個分布式布拉格反射鏡結構。
圖1、基于激光干涉誘導交聯反應制備有機半導體激光器腔結構的光路示意
其中，I為激光器；2為分束鏡；3為介質膜全反鏡；4為鍍有金屬窄條的有機半導體高分子樣品；圖2、基于激光干涉誘導交聯反應制備的分布式布拉格反射鏡腔結構的(a)示意圖和(b)實物照片；
具體實施例方式以下結合實施例對本發明進一步說明，但本發明并不限于以下實施例。實施例1:基于激光干涉誘導交聯反應制備有機半導體激光器腔結構制備方法。I)將有機半導體材料F8BT溶解于有機溶劑(有機溶劑為二甲苯、甲苯、氯苯、二氯苯、苯、三氯甲烷、環己烷、戊烷、己烷或辛烷中的一種中)，制成濃度為20mg/ml的有機半導體溶液；2)以2000rpm的轉速，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的有機半導體高分子薄膜；3)在步驟2)中的有機半導體高分子薄膜上蒸鍍一個厚度為200nm金屬窄帶；4)將一維激光干涉光場(激光波長為325nm，干涉條紋周期為280nm)與蒸鍍有金屬窄帶的連續有機半導體高分子薄膜作用，使金屬窄帶兩側的高分子材料發生交聯反應形成分布式布拉格反射鏡結構。光路示意圖見圖1 ;制作的微腔結構示意圖和照片見圖2。實施例2:基于激光干涉誘導交聯反應的二維金屬微納結構制備方法。I)將有機半導體材料F8BT溶解于有機溶劑(有機溶劑為二甲苯、甲苯、氯苯、二氯苯、苯、三氯甲烷、環己烷、戊烷、己烷或辛烷中的一種中)中，制成濃度為25mg/ml的有機半導體溶液；
2)以2000rpm的轉速，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的有機半導體高分子薄膜；3)在步驟2)中的有機半導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(激光波長為355nm，干涉條紋周期為300nm)與蒸鍍有金屬窄帶的連續有機半導體高分子薄膜作用，使金屬窄帶兩側的高分子材料發生交聯反應形成分布式布拉格反射鏡結構。
權利要求
1.基于激光干涉誘導交聯反應的分布式布拉格反射鏡結構的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將有機半導體高分子材料溶解于有機溶劑中，制成濃度為10-150mg/ml的有機半導體溶液； 2)以500-4000rpm的轉速，以轉速為2000rpm時為最佳，將有機半導體高分子材料溶液旋涂在基底上，獲得厚度均勻的有機半導體高分子薄膜，薄膜的厚度為50-200nm ； 3)在有機半導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半導體高分子薄膜的一部分，在金屬窄帶的兩側還有沒被覆蓋的連續的有機半導體高分子薄膜； 4)將激光干涉光場從金屬窄帶所在表面入射，與金屬窄帶兩側的連續的有機半導體高分子薄膜作用，使高分子材料發生交聯反應，干涉圖案亮條紋區的有機半導體高分子發生交聯反應導致折射率增大，而干涉圖案暗條紋區的有機半導體高分子不發生變化，形成分布式布拉格反射鏡激光腔結構。
2.根據權利要求1所述的方法，特征在于，步驟I)中所述的有機半導體高分子材料為F8BT、F8DP 中的一種。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟I)中所述的有機溶劑為二甲苯、甲苯、氯苯、二氯苯、苯、三氯甲烷、環己烷、戊烷、己烷或辛烷中的一種。
4.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求1所述的方法，其特征在于 ，其中步驟4)中所述的激光波長小于等于500nmo
7.根據權利要求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構的制備方法，屬于納米光電子材料及器件技術領域。通過激光輻照蒸鍍有金屬窄條的有機半導體高分子材料，使金屬窄條兩側的高分子發生交聯反應，在金屬窄條的兩側形成分布式布拉格反射鏡激光腔結構的一種新的制備技術。本發明方法具有成本低、效率高，調節方便等優點。
文檔編號H01S5/125GK103236647SQ20131013440
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月17日 優先權日2013年4月17日
發明者翟天瑞, 林遠海, 張新平, 劉紅梅, 王麗 申請人:北京工業大學