日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)日前研制出了一種激光振蕩裝置，該裝置采用由直徑200nm聚苯乙烯微粒以三元方式自我排列而成的薄膜夾著發(fā)光樹脂的構(gòu)造。同時(shí)成功地利用光激發(fā)，使激光產(chǎn)生了振蕩。此外，在樹脂薄膜上也可以形成這種薄膜，因此有可能實(shí)現(xiàn)全塑（All Plastic）料激光元件。

　　作為激光振蕩元件的制作方法，首先將直徑202nm聚苯乙烯微粒懸浮液鋪在親水性玻璃上。此時(shí)，聚苯乙烯微粒就會以自組裝方式形成密集填充結(jié)構(gòu)，從而就能形成稱為“膠體結(jié)晶（Colloidal Crystal）”的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。然后利用硅鍺（Silicon Germanium，SiGe）將其固化后，形成膠體結(jié)晶薄膜。接下來，在2枚膠體結(jié)晶薄膜之間注入含有熒光色素的紫外線（UV）硬化單體，然后通過光照射硬化和固定發(fā)光層，即可制成激光元件（圖1）。發(fā)光層材料是兩端帶有可聚合官能團(tuán)的聚乙二醇和熒光色素“若丹明（Rhodamine）640”，以及光聚合引發(fā)劑組成的混合物。

　　由外部光線引發(fā)共振的激光元件通常都是由2枚鏡片夾著激光發(fā)光元件，利用共振現(xiàn)象對光進(jìn)行放大后，提取激光。而此次開發(fā)的激光振蕩元件利用的則是膠體結(jié)晶反射特定光，即稱為“布拉格反射（Bragg Reflection）”的性質(zhì)。由2枚膠體結(jié)晶薄膜像外部共振器的鏡片一樣產(chǎn)生共振現(xiàn)象（圖1）。

　　對1枚膠體結(jié)晶薄膜的反射與透過光譜進(jìn)行測定后，在620nm附近得到了寬度為25nm的反射強(qiáng)度峰值。由此表明，由聚苯乙烯微粒的密集結(jié)構(gòu)（Close-packed Structure）產(chǎn)生了布拉格反射。另外現(xiàn)已證實(shí)，假如利用532nm的光線（Nd:YAG激光的第二高次諧波）對該元件進(jìn)行照射，使之激發(fā)，同樣是在620nm附近光強(qiáng)度被放大了數(shù)千倍，達(dá)到了2.0×102kW/cm2（圖2）。該機(jī)構(gòu)表示，由于振蕩波長位于布拉格反射峰值的中心位置，因此現(xiàn)已證實(shí)元件內(nèi)部的共振現(xiàn)象產(chǎn)生了激光振蕩。

　　此外，該研究機(jī)構(gòu)還證實(shí)，可在PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯，Polyethylene Terephthalate）薄膜上形成上述光振蕩元件（圖3）。綜合以上結(jié)果，有望實(shí)現(xiàn)由有機(jī)材料組成的具有良好可加工性的柔性微型激光元件。盡管現(xiàn)有的外部共振型激光元件很難實(shí)現(xiàn)小型化，但此次開發(fā)的激光元件則有可能嵌入到光集成電路中。

　　該研究機(jī)構(gòu)今后還準(zhǔn)備推進(jìn)利用和半導(dǎo)體激光器一樣的電流激發(fā)實(shí)現(xiàn)激光振蕩的研究，希望以此拓展實(shí)現(xiàn)全塑激光元件的可能性。此次研究成果將在日本高分子學(xué)會主辦的“第14屆聚合物材料論壇”（時(shí)間：2005年11月15～16日。地點(diǎn)：東京船堀Tower Hall）上發(fā)表。