改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法
2023-07-06 12:58:41 2
專利名稱：改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法。
背景技術：
自1960年雷射器出現以來，可調諧一直是雷射研究的一個重要內容。可調諧雷射 器的核心是具有寬帶能級結構的可調諧雷射介質。傳統的染料雷射器都採用液體形式工 作。液態染料雷射器雖有一些優點，但是液態染料在溶液狀態下壽命短(光穩定性差)，由於 液態染料導致的循環冷卻系統體積大，需定期更換、清洗循環系統容器和管道的缺陷，使液 態染料雷射器使用非常不便。而且染料溶劑往往有毒易燃易爆，危害人身體健康和安全。
發明內容
本發明的發明目的是為了解決液態染料在溶液狀態下壽命短(光穩定性差)的問 題，提供了一種改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法。本發明改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法如下一、先用質量濃度為 5% 10%的NaOH溶液洗滌甲基丙烯酸甲酯三次，然後用蒸餾水洗滌甲基丙烯酸甲酯至洗 液為中性，再將甲基丙烯酸甲酯進行減壓蒸餾；二、將經過步驟一處理的甲基丙烯酸甲酯與 甲基丙烯酸羥乙酯按照1. 5 9 1的體積比混合得到混合物A，然後向混合物A中添加 乙醇，超聲攪拌15min 30min，得到混合物B，混合物B中乙醇的體積百分比濃度為10% 20% ；三、向混合物B中添加PM567染料，然後超聲攪拌IOmin 15min，得到PM567染料濃度 為2X 10_4mol/L的混合物C，向混合物C中添加偶氮二異丁腈，然後繼續超聲攪拌IOmin 15min，得到偶氮二異丁腈濃度為lg/L的混合物D ；四、向混合物D中通入乾燥的氬氣去除 氧氣，然後將混合物D密封后在40°C 45°C的恆溫水浴中反應至混合物D固化，再將固化 的混合物D經過退火、機械加工，即得改性聚合物基質固體染料雷射介質。由本發明改性聚合物基質固體染料雷射介質的螢光譜和雷射譜發現螢光峰值 飛51nm，帶寬、0nm，寬帶雷射輸出峰值波長561nm附近。本發明改性聚合物基質固體染料 雷射介質的的輸出特性曲線斜率效率為31. 7% 43. 2%。雷射作用本發明改性聚合物基質 固體染料雷射介質10萬次後，輸出下降較少，說明本發明改性聚合物基質固體染料雷射介 質的光穩定性高。由於乙醇分子的引入，可以將吸收的熱能迅速從染料分子自身傳遞至基質大分 子，從而避免染料分子本身過熱導致染料降解。此外，乙醇小分子的引入還可以增加染料分 子運動的阻尼力，限制染料分子的運動，使得染料分子的熱破壞及光化學降解速率都大大 降低；而隨著雷射作用次數的增加，熱積累導致基質整體溫度上升，乙醇的降釋放染料分子 熱的功能將下降，從而導致染料分子熱降解。因此當乙醇引入。當製備過程步驟二的混合 物B中乙醇的體積百分比濃度10%時，所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的光穩定性 達到最高，經10萬個脈衝泵浦後，輸出僅下降到初始輸出的84. 5%，相應的歸一化光穩定性 大於 25GJ/mol。
圖1是具體實施方式
十一中所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的螢光譜圖， 圖中a表示製備過程步驟二混合物B中乙醇的體積百分比濃度為0%時所得改性聚合物基 質固體染料雷射介質的螢光譜圖，b表示製備過程步驟二混合物B中乙醇的體積百分比濃 度為5%時所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的螢光譜圖，c表示製備過程步驟二混合 物B中乙醇的體積百分比濃度為10%時所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的螢光譜 圖，d表示製備過程步驟二混合物B中乙醇的體積百分比濃度為15%時所得改性聚合物基 質固體染料雷射介質的螢光譜圖，e表示製備過程步驟二混合物B中乙醇的體積百分比濃 度為20%時所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的螢光譜圖；圖2是具體實施方式
十一 中所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的雷射譜圖，圖中f表示製備過程步驟二混合物 B中乙醇的體積百分比濃度為0%時所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的雷射譜圖，g 表示製備過程步驟二混合物B中乙醇的體積百分比濃度為5%時所得改性聚合物 基質固體 染料雷射介質的雷射譜圖，h表示製備過程步驟二混合物B中乙醇的體積百分比濃度為10% 時所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的雷射譜圖，i表示製備過程步驟二混合物B中 乙醇的體積百分比濃度為15%時所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的雷射譜圖，j表 示製備過程步驟二混合物B中乙醇的體積百分比濃度為20%時所得改性聚合物基質固體染 料雷射介質的雷射譜圖；圖3是具體實施方式
十一中所得改性聚合物基質固體染料雷射介 質的輸出特性曲線，圖中_ 表示製備過程步驟二混合物B中乙醇的體積百分比濃度為 0%時所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的輸出特性曲線(斜率效率為30. 4%)，- ·-表 示製備過程步驟二混合物B中乙醇的體積百分比濃度為5%時所得改性聚合物基質固體染 料雷射介質的輸出特性曲線(斜率效率為28. 8%)，- ▲-表示製備過程步驟二混合物B中乙 醇的體積百分比濃度為10%時所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的輸出特性曲線(斜 率效率為31. 7%)，- 表示製備過程步驟二混合物B中乙醇的體積百分比濃度為15%時 所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的輸出特性曲線(斜率效率為43. 2%)，- ▼-表示制 備過程步驟二混合物B中乙醇的體積百分比濃度為20%時所得改性聚合物基質固體染料激 光介質的輸出特性曲線(斜率效率為34. 5%)；圖4是具體實施方式
十一中所得改性聚合物 基質固體染料雷射介質的光穩定性曲線，圖中η表示製備過程步驟二混合物B中乙醇的體 積百分比濃度為0%時所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的光穩定性曲線(經過10萬 次泵浦後輸出能量降為初始時的45. 48%)，m表示製備過程步驟二混合物B中乙醇的體積百 分比濃度為5%時所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的光穩定性曲線(經過10萬次泵 浦後輸出能量降為初始時的57. 42%)，k表示製備過程步驟二混合物B中乙醇的體積百分比 濃度為10%時所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的光穩定性曲線(經過10萬次泵浦後 輸出能量降為初始時的84. 51%)，ο表示製備過程步驟二混合物B中乙醇的體積百分比濃度 為15%時所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的光穩定性曲線(經過10萬次泵浦後輸出 能量降為初始時的53. 55%)，1表示製備過程步驟二混合物B中乙醇的體積百分比濃度為 0%時所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的光穩定性曲線(經過10萬次泵浦後輸出能 量降為初始時的53.61%)。
具體實施例方式本發明技術方案不局限於以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的 任意組合。
具體實施方式
一本實施方式中改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法如 下一、先用質量濃度為5% 10%的NaOH溶液洗滌甲基丙烯酸甲酯三次，然後用蒸餾水洗 滌甲基丙烯酸甲酯至洗液為中性，再將甲基丙烯酸甲酯進行減壓蒸餾；二、將經過步驟一處 理的甲基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照1.5 9 1的體積比混合得到混合物A，然 後向混合物A中添加乙醇，超聲攪拌15min 30min，得到混合物B，混合物B中乙醇的體積 百分比濃度為10% 20% ；三、向混合物B中添加PM567染料，然後超聲攪拌IOmin 15min， 得到PM567染料濃度為2X 10_4mol/L的混合物C，向混合物C中添加偶氮二異丁腈，然後繼 續超聲攪拌IOmin 15min，得到偶氮二異丁腈濃度為lg/L的混合物D ；四、向混合物D中 通入乾燥的氬氣去除氧氣，然後將混合物D密封后在40°C 45°C的恆溫水浴中反應至混合 物D固化，再將固化的混合物D經過退火、機械加工，即得改性聚合物基質固體染料雷射介 質。本實施方式中保持泵浦光能量30mJ (對應能量密度0. lj/cm2) 一定，泵浦光重複 頻率IOHz的條件對改性聚合物基質固體染料雷射介質的雷射輸出能量隨使用次數變化進 行了測量，研究光穩定性時能量計1和2都選用Coherent公司的J25-MB，能量計的輸出信 號通過能量表頭(EPM2000，Coherent)讀出並記錄到計算機進行處理。通過比較泵浦雷射 作用10萬次後輸出能量相對於初始能量的變化來衡量固體染料的光穩定性。雷射作用10 萬次後，改性聚合物基質固體染料雷射介質輸出下降較少，則說明相應的光穩定性就較高。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中NaOH溶液的 質量濃度為8%。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟二中將甲 基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照2 8. 5 1的體積比混合得到混合物A。其它與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟二中將甲 基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照2. 5 8 1的體積比混合得到混合物A。其它與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟二中將甲 基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照3. 5 7. 5 1的體積比混合得到混合物A。其它 與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟二中將甲 基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照4 7 1的體積比混合得到混合物A。其它與具 體實施方式一或二之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟二中將甲 基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照4. 5 6. 5 1的體積比混合得到混合物A。其它 與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟二中將甲 基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照5 6 1的體積比混合得到混合物A。其它與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟二中將甲 基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照3 1的體積比混合得到混合物A。其它與具體實 施方式一或二之一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一或二之一不同的是步驟二混合物 B中乙醇的體積百分比濃度為15%。其它與具體實施方式
一或二之一相同。
具體實施方式
十一本實施方式中改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法 如下一、先用質量濃度為7%的NaOH溶液洗滌甲基丙烯酸甲酯三次，然後用蒸餾水洗滌甲 基丙烯酸甲酯至洗液為中性，再將甲基丙烯酸甲酯進行減壓蒸餾；二、將經過步驟一處理 的甲基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照3 1的體積比混合得到混合物A，然後向混 合物A中添加乙醇，超聲攪拌15min，得到混合物B，混合物B中乙醇的體積百分比濃度為 0% 20% ；三、向混合物B中添加PM567染料，然後超聲攪拌15min，得到PM567染料濃度 為2X 10_4mol/L的混合物C，向混合物C中添加偶氮二異丁腈，然後繼續超聲攪拌IOmin 15min，得到偶氮二異丁腈濃度為lg/L的混合物D ；四、向混合物D中通入乾燥的氬氣去除 氧氣，然後將混合物D密封后在40°C的恆溫水浴中反應至混合物D固化，再將固化的混合物 D經過退火、機械加工，即得改性聚合物基質固體染料雷射介質。固體染料雷射器的泵浦源採用輸出波長為532nm的調Q倍頻Nd: YAG雷射器，重複 頻率廣5Hz，脈寬約為15ns。固體染料雷射介質採用平行平面光學諧振腔縱向泵浦，腔長約 為5cm，輸入鏡Mi為對55(T590nm高反(反射率R>95%)，對泵浦光532nm增透(透過率T>95%); 輸出耦合鏡M。在50(T700nm透過率為70%。對本實施方式所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的螢光譜和雷射譜進行了 測量，實驗中選用OceanOptics公司的HR4000 (20(Tll00nm)光譜儀對光譜進行了收集，測 量結果如圖1和圖2所示。從圖1和圖2中可以發現螢光峰值飛51nm，帶寬 40nm，寬帶激 光輸出峰值波長561nm附近。對本實施方式所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的雷射輸出斜率效率進行 了測量。通過調節泵浦光能量大小來測量相應的染料雷射輸出能量，然後對這些數據進 行曲線擬合獲得相應介質的雷射輸出斜率效率。測量雷射輸出斜率效率的能量計選用 Coherent公司的J-50MB-YAG。實驗中染料雷射輸出能量與泵浦光能量的關係曲線如圖3 所示。寬帶雷射輸出的斜率效率隨乙醇小分子所佔比例不同而變化，合適比例的乙醇起到 改善基質的均勻性的作用。由圖3看出製備過程步驟二的混合物B中乙醇的體積百分比濃 度為15%時，斜率效率最高為43. 2%。保持泵浦光能量30mJ (對應能量密度0. lj/cm2) 一定，泵浦光重複頻率10Hz，對 本實施方式所得改性聚合物基質固體染料雷射介質雷射輸出能量隨使用次數變化進行了 測量，研究光穩定性時能量計1和2都選用Coherent公司的J25-MB，能量計的輸出信號通 過能量表頭(EPM2000，Coherent)讀出並記錄到計算機進行處理，測量結果如圖4所示。通 過比較泵浦雷射作用10萬次後輸出能量相對於初始能量的變化來衡量固體染料的光穩定 性。雷射作用10萬次後，輸出下降較少，則說明相應的光穩定性就較高。從圖4中可以看出乙醇對固體染料光穩定性具有明顯的影響。乙醇的體積百分比 濃度的不同，隨著泵浦脈衝數的增加，染料雷射輸出能量下降快慢不同。共聚物基質中不添加乙醇小分子時，固體染料雷射介質的輸出隨著泵浦脈衝數的增加呈類指數單調下降；但 是當共聚物基質經過乙醇改性後，染料雷射輸出首先出現一個平臺，然後再出現單調下降。 出現上述現象是由於乙醇分子的引入，可以將吸收的熱能迅速從染料分子自身傳 遞至基質 大分子，從而避免染料分子本身過熱導致染料降解。此外，乙醇小分子的引入還可以增加染 料分子運動的阻尼力，限制染料分子的運動，使得染料分子的熱破壞及光化學降解速率都 大大降低；而隨著雷射作用次數的增加，熱積累導致基質整體溫度上升，乙醇的降釋放染料 分子熱的功能將下降，從而導致染料分子熱降解。因此當乙醇引入，染料雷射輸出會出現一 個平臺，而後又開始單調下降。當製備過程步驟二的混合物B中乙醇的體積百分比濃度10% 時，所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的光穩定性達到最高，經10萬個脈衝泵浦後， 輸出僅下降到初始輸出的84. 5%，相應的歸一化光穩定性大於25GJ/mol。
權利要求
改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法，其特徵在於改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法如下一、先用質量濃度為5%～10%的NaOH溶液洗滌甲基丙烯酸甲酯三次，然後用蒸餾水洗滌甲基丙烯酸甲酯至洗液為中性，再將甲基丙烯酸甲酯進行減壓蒸餾；二、將經過步驟一處理的甲基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照1.5～9﹕1的體積比混合得到混合物A，然後向混合物A中添加乙醇，超聲攪拌15min～30min，得到混合物B，混合物B中乙醇的體積百分比濃度為10%～20%；三、向混合物B中添加PM567染料，然後超聲攪拌10min～15min，得到PM567染料濃度為2×10-4mol/L的混合物C，向混合物C中添加偶氮二異丁腈，然後繼續超聲攪拌10min ～15min，得到偶氮二異丁腈濃度為1g/L的混合物D；四、向混合物D中通入乾燥的氬氣去除氧氣，然後將混合物D密封后在40℃～45℃的恆溫水浴中反應至混合物D固化，再將固化的混合物D經過退火、機械加工，即得改性聚合物基質固體染料雷射介質。
2.根據權利要求1所述改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法，其特徵在於步 驟一中NaOH溶液的質量濃度為8%。
3.根據權利要求1或2所述改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法，其特徵在 於步驟二中將甲基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照2 8. 5 1的體積比混合得到混 合物A。
4.根據權利要求1或2所述改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法，其特徵在 於步驟二中將甲基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照2. 5 8 1的體積比混合得到混 合物A。
5.根據權利要求1或2所述改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法，其特徵在 於步驟二中將甲基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照3. 5 7. 5 1的體積比混合得到 混合物A。
6.根據權利要求1或2所述改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法，其特徵在 於步驟二中將甲基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照4 71的體積比混合得到混合 物A。
7.根據權利要求1或2所述改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法，其特徵在 於步驟二中將甲基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照4. 5 6. 5 1的體積比混合得到 混合物A。
8.根據權利要求1或2所述改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法，其特徵在 於步驟二中將甲基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照5 61的體積比混合得到混合 物A。
9.根據權利要求1或2所述改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法，其特徵在 於步驟二中將甲基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸羥乙酯按照3 1的體積比混合得到混合物A。
10.根據權利要求1或2所述改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法，其特徵在 於步驟二混合物B中乙醇的體積百分比濃度為15%。
全文摘要
改性聚合物基質固體染料雷射介質的製備方法，它涉及一種雷射介質的製備方法。本發明解決了液態染料在溶液狀態下壽命短(光穩定性差)的問題。本方法如下一、處理甲基丙烯酸甲酯；二、製備混合物B；三、製備混合物D；四、固化混合物D，再將固化的混合物D經過退火、機械加工，即得改性聚合物基質固體染料雷射介質。本發明改性聚合物基質固體染料雷射介質的輸出特性曲線斜率效率為31.7%～43.2%。當製備過程步驟二的混合物B中乙醇的體積百分比濃度10%時，所得改性聚合物基質固體染料雷射介質的光穩定性達到最高，經10萬個脈衝泵浦後，輸出僅下降到初始輸出的84.5%，相應的歸一化光穩定性大於25GJ/mol。
文檔編號C09B69/10GK101845239SQ20101016153
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月4日 優先權日2010年5月4日
發明者何偉明, 夏元欽, 姜玉剛, 樊榮偉, 陳德應 申請人:哈爾濱工業大學