【摘要】：有機(jī)半導(dǎo)體激光材料憑借其價(jià)格低,激光閾值低,制備工藝簡單,以及發(fā)射波長可調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn)引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。目前,光泵浦有機(jī)激光器的研究已經(jīng)趨于成熟,但電泵浦有機(jī)激光器依然是激光研究領(lǐng)域當(dāng)前亟待解決的難題,實(shí)現(xiàn)電泵浦有機(jī)激光面臨的主要挑戰(zhàn)是有機(jī)半導(dǎo)體材料的低載流子遷移率、三線態(tài)激子積聚和器件結(jié)構(gòu)中不可避免的對(duì)光子的各種損耗因素。為解決這一難題,當(dāng)前行之有效的辦法是開發(fā)新型低閾值有機(jī)激光材料、對(duì)已開發(fā)的有機(jī)激光材料進(jìn)行光學(xué)增益的優(yōu)化或篩選載流子遷移率較高的有機(jī)發(fā)光材料、并優(yōu)化其光學(xué)增益性能。本文按照此思路開展了如下的研究工作:(1)開發(fā)PSF-Cz和PSF-Ph兩種聚硅雜芴系藍(lán)光有機(jī)激光材料。系統(tǒng)研究了這兩個(gè)有機(jī)材料薄膜器件的光物理特性和光增益特性,包括吸收光譜、熒光光譜、放大自發(fā)輻射(ASE)閾值以及光學(xué)凈增益和損耗。利用一維二級(jí)分布反饋(DFB)光柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了PSF-Cz為增益材料的性能藍(lán)光DFB激光器件,優(yōu)化后的激光器件在出光波長448.4 nm處獲得0.169?J/cm~2的低閾值和4.2%的輸出效率。最后基于F?rster能量傳遞的基本理論,采用主客體摻雜的方法,將F8BT客體摻入PSF-Ph主體,形成PSF-Ph-F8BT共混薄膜體系,實(shí)現(xiàn)了對(duì)F8BT薄膜器件光學(xué)增益特性的優(yōu)化。同時(shí),系統(tǒng)分析了共混比例對(duì)PSF-Ph-F8BT共混薄膜的光物理特性和光學(xué)增益特性的影響。(2)將原本不具備激光行為的PCDTBT摻入到聚合物F8BT主題中,在共混薄膜體系F8BT-PCDTBT觀察到發(fā)光在710 nm的近紅外區(qū)域的低閾值(21?J/cm~2)ASE特性,并系統(tǒng)研究了主客體摻雜比例對(duì)F8BT-PCDTBT光學(xué)增益性能的影響。利用Pump-Probe技術(shù)測試共混樣品的瞬態(tài)吸收光譜,進(jìn)一步分析共混體系的發(fā)光機(jī)理。使用納米壓印技術(shù)制造柔性的一維DFB光柵結(jié)構(gòu),將共混溶液沉積在此襯底上實(shí)現(xiàn)了低閾值近紅外的激光器件,表征共混材料的激光特性。再通過一系列的光學(xué)表征確定最佳共混比例。進(jìn)而通過將另一種紅光聚合物P3HT引入這一共混體系,實(shí)現(xiàn)了紅光到近紅外(IR)光學(xué)窗口(650 nm~710 nm)60 nm的ASE波長調(diào)節(jié)。(3)將新型太陽能電池材料CH_3NH_3PbI_3通過兩步法沉積在透明襯底上,制備成薄膜器件,表征其放大自發(fā)輻射特性,確定其光增益特性。同時(shí)還探究了基底類型、旋涂工藝以及泵浦光束的波長對(duì)CH_3NH_3PbI_3薄膜器件ASE閾值的影響。最后通過摻入PbBr_2制備混鹵鈣鈦礦薄膜,通過調(diào)節(jié)碘元素與溴元素的比例,實(shí)現(xiàn)近紅外范圍內(nèi)約140 nm寬度的波長調(diào)節(jié)。
【圖文】：

終于在 1960 年 5 月世界上第一臺(tái)實(shí)用型激光器——紅寶石固體激光器被宣布問世自此以后，高方向性，高顏色純度，，高相干性和超高亮度等優(yōu)秀光學(xué)品質(zhì)的激光光束受科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。經(jīng)過六十年的發(fā)展，激光技術(shù)逐漸成熟，激光的波長也已經(jīng)覆蓋光譜中（圖 1.1）200 nm ~ 30 μm 的波段，激光的作用也不僅僅只是作為相干光源，還可來傳遞信息，攔截武器，美容，顯示和照明。服務(wù)的行業(yè)不同，激光器所需具備的特點(diǎn)差異，所以當(dāng)前市面上存在的激光器種類繁多，根據(jù)工作物質(zhì)的類型可以分為無機(jī)激光有機(jī)激光器,根據(jù)泵浦源可以分為光泵浦激光器和電泵浦激光器。其中無機(jī)半導(dǎo)體材料不可以實(shí)現(xiàn)光泵浦激光，還可以實(shí)現(xiàn)電泵浦激光，這使得無機(jī)半導(dǎo)體激光器在實(shí)際應(yīng)用中易推廣和使用。但對(duì)于有機(jī)半導(dǎo)體材料而言，雖然材料本身具備一種特殊的共軛結(jié)構(gòu)，更容易發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，更容易實(shí)現(xiàn)受激輻射光放大，但有機(jī)半導(dǎo)體材料相對(duì)低的光、定性和低載流子遷移率等諸多限制因素，使得目前有機(jī)半導(dǎo)體材料只實(shí)現(xiàn)了光泵浦激光射，為了拓展有機(jī)半導(dǎo)體激光器在實(shí)際生活中的應(yīng)用，擺脫昂貴的光泵浦源的束縛，實(shí)機(jī)激光器的商業(yè)化，科學(xué)工作者還在不斷地探索實(shí)現(xiàn)電泵浦有機(jī)激光器件的可能性。

為了適應(yīng)市場需求被不斷地改造創(chuàng)新，市面上存在的激工作方式也不盡相同，但每臺(tái)完整激光器最核心部分都必須包括：振腔（如圖 1.2）[14]。其中增益介質(zhì)是激光器的工作物質(zhì)，為受激本的物質(zhì)——光子，常見的氣體工作物質(zhì)有氮?dú)猓∟2），氬離子氣摻鈦藍(lán)寶石（Ti3+: Al2O3）等，花青類染料及半導(dǎo)體工作物質(zhì)如砷要作用是為受激輻射光放大過程提供能量，將粒子從低能級(jí)抽運(yùn)為了有連續(xù)不斷的激光出射，泵浦源就必須源源不斷地提供能量和電泵浦兩種。諧振腔是由兩面反射鏡組成，一面是全反射，一是讓受激輻射躍遷過程釋放的光子在腔體內(nèi)不斷地振蕩，一方面通過增益介質(zhì)形成光學(xué)正反饋，一方面剔除振動(dòng)方向和頻率比較高方向性和高單色性，目前我們實(shí)驗(yàn)室研究有機(jī)激光的諧振腔一（Distributed Feedback, DFB）和平面波導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN248

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10 呂宜t

本文編號(hào)：2600193