论文部分内容阅读
自从1967和1968年Soffer和Peterson分别报道了染料掺杂聚合物固态激光器后，有机染料固相激光器因其优异的性能和广泛的应用成为世界各国研究者关注的热点。聚合物发光材料是同时具有聚合物和发光材料特性的一类材料，是构筑有机染料固相激光器的热点材料。特别是染料掺杂型聚合物发光材料因其生产成本低廉、加工工艺简单、结构多样、功能易调节和高荧光量子效率等优点在有机染料固相激光器的研制中呈现出诱人的前景。本文以提高染料在聚合物薄膜中的掺杂浓度为出发点，制备高染料掺杂浓度的掺杂型聚合物材料，构筑低阈值的有机固相染料激光器和聚合物微尺度器件为目的，展开了一系列的研究工作。首先针对染料在聚合物薄膜中高浓度易发生荧光猝灭的问题，采用改善聚合物体系性质和对染料分子改性的方法提高染料在聚合材料中的掺杂量；在此基础上，以自组装技术和双光子三维激光加工技术制备了微尺度的光学器件，并研究了其作为激光谐振腔的性能及微结构的光学性质，为发展低阈值、新型的有机固相染料激光器和微尺度光学器件提供了基础。本研究分为六个部分：
第一章：本章详细介绍了相关的研究背景。对聚合物发光材料和聚合物光学树脂材料的基本概念和性质等进行了总结，概括了聚合物发光材料光致发光及作为荧光介质产生激射的基本原理。在此基础上，概述了聚合物发光材料在构筑微尺度光子学器件方面的应用以及微尺度光学器件的制备方法。并阐述了本论文的研究目的、意义和研究内容。
第二章：本章的主要内容是围绕着制备高浓度荧光染料掺杂聚合物薄膜展开的。首先设计并合成了功能性交联剂，并研究了异硫氰酸酯荧光素(FITC)和功能性交联剂的作用机理。并考察了不同FITC掺杂浓度聚合物薄膜的光学性质。
第三章：本章主要利用罗丹明B类分子的异构化制备了高掺杂浓度的聚合物发光薄膜；进一步通过位阻基团的引入和聚合物网络提高了改性罗丹明B在聚合物中的掺杂浓度。研究了改性罗丹明B在溶液和聚合物薄膜中的光学性质和不同染料掺杂浓度对聚合物薄膜发光性能的影响，为制备高性能的光子学器件提供荧光材料。
第四章：本章采用自组装技术制备了聚苯乙烯三维光子晶体并对其表面形貌及光学性质进行了表征。利用聚苯乙烯光子晶体和改性的罗丹明B染料掺杂的聚合物薄膜构筑了三维的夹心光学谐振腔结构。同时研究了染料掺杂浓度、聚合物薄膜厚度对夹心结构谐振腔激射阈值的影响，推导了激射阈值与聚合物薄膜厚度的关系，以达到优化谐振腔激射阈值的目的。最后，在谐振腔中观察到了单模式和多模式激射行为，并分析了改变激发能量和激射模式转换的关系；以法布里-珀罗腔(F-P)作为模型激射多模式激射。本章的研究为制备低阈值激光谐振腔提供了实验和理论基础。
第五章：本章采用双光子聚合微纳加工技术，以染料掺杂浓度为8.4 wt％的聚合物树脂制备了多层悬空线光栅微结构，采用扫描电子显微镜、荧光显微镜、全光谱激光共聚焦显微镜及微区光谱对微结构的表面形貌和发光性能进行了评价。
第六章：本章对本论文的所有工作和结果进行了总结，并对未来的研究工作进行了展望。