有机激光材料资料PPT课件

1，有机激光材料，报告员：2，目录，1，激光材料背景2，有机激光材料3，研究现状和展望4，总结，3， 1、激光材料背景、激光结构图、激光主要包括3个部分：1)功物质2 )泵浦源3 )光学谐振腔功物质是产生激光的物质的基础，是实现激光核心部分的粒子数反转而产生激发射线的物质，4、 1 .激光材料的背景包括：固体(结晶和玻璃)气体(原子气体、离子气体和分子气体)液体(有机和无机液体)半导体，工作物质一般为基体材料的物理化学性质：玻璃、掺杂结晶少量离子(活性离子) 激光介质的发光中心其内能级结构决定了激光介质的光谱特性，Nd3、cr3、1960年世界上首次出现红宝石激光，面对固体激光晶体生长困难、技术要求高、价格高等问题的激光玻璃一般需要在高温条件下熔化， 对于不同基材和不同的激光工作频带，需要去除OH基和气体保护，工艺条件严格、生产成本高的二氧化碳激光器，虽然功率高，但装置体积大，需要小型激光器时带来了很多不便。 目前，有机激光材料已经引起了全球基于有机激光色素的激光研究热潮，而且这种有机半导体激光器的优势已经显露出来。 与传统的激光材料相比，有机激光材料具有以下两个特征： (1)分子中有共轭-*键结构，分子间的键依赖于范德瓦尔斯力，电子云的重叠部分小，同时载体具有高度局部化的特征，有机材料容易实现粒子数的反转由于有机材料的吸收光谱和荧光发射光谱之间存在大的斯托克斯位移，分子自身的荧光吸收系数小，但激发光的吸收系数大(通常1105cm-1 )，所以有机材料的激发放射和吸收截面大，材料的增益长度与吸收长度相等，有机材料的激发根据以上两个优点，有机激光材料的阈值低。 对有机激光材料、有机激光染料的研究主要分为有机小分子染料和聚合物两种。 常见的有机小分子染料有DCM及其衍生物、PBD (2(4- biphenylyl )5(4- tertbutylphenyl ) 1、3、4oxadiazole )等。 这些小分子染料具有结构固定、容易合成和提取等优点，而且大部分小分子可以通过真空热蒸发成膜，得到的薄膜虽然均匀性和光学质量好，但稳定性差，不适用于柔性基板。 相对地，聚合物用旋涂、喷墨印刷等溶液法成膜，制造工艺简单，成本低廉。 近年来，有时也用在聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑等聚合物基体中溶解小分子染料的旋涂膜简化制造工艺。7、2 .有机激光材料、共轭聚合物是常用的聚合物激光材料，有很多优点：1)作为聚合物可以用旋涂法得到均匀性好的薄膜2 )共轭聚合物作为典型的四能级材料，粒子数的反转、吸收光谱具有刺激阈值低等优点3 )共轭聚合物荧光量子收率高，而且通过改变分子的侧链结构可以改变发光峰4 )可以在具有刚性的基板上制作，也可以在大面积的柔软的材料上制作5 )制造方便，设备简单，成本低目前，关注度高的共轭聚合物是聚对苯乙烯(PPV )及其衍生物、以及聚苯乙烯聚合物。 这些研究中，具有里程碑意义的是Heeger课题组和Friend课题组通过PPV及其衍生物观测到的ASE现象，表明PPV系聚合物有可能成为新的激光材料。.8、2 .有机激光材料是将染料分子溶解于液体溶剂中最常见的有机激光介质的构成形式。 所以在考虑固体有机激光器的结构时，最初的尝试是沿袭这样的形式。 染料分子是具有非常高荧光量子效率的共轭分子，是中性或离子型的：的典型例子，有氧蒽xanthenes (罗丹明rho-damine和荧光黄uorescein家族)、香豆素、恶嗪或pyrrometh 由于邻接的分子间的相互作用引起荧光的急剧消光，所以即使色素分子分散在基质内发光，浓度过高时发光也弱，不发光。 在有机固体激光中，为了避免色素掺杂到固体矩阵内，固体的主体可以是甲基丙烯酸甲酯(PMMA )及其衍生物等聚合物，或用玻璃或溶胶凝胶法调制的有机无机混合材料。 常见的有机激光材料： (a)Alq3； (b)MEH-PPV； (c)DCM (d)PPV (e )聚芴； (f)F8BT (g )三并茚六臂大分子，9，2 .有机激光材料，化学结构调整改变有机材料激光发光波长的模式(在三苯胺上连接不同的吸电子基，随着吸电子能力的增强光谱红移，有机材料的荧光光谱变宽有机激光材料从化学结构的灵活性中受益，通过改变分子结构，可以调节光波的发光范围：改变有效共轭长度，或者改变分子或某一块上轨道电子云的分布。 例如，聚并苯系材料从苯环增加到并五苯，从而导致吸收红移。 另一种有效的化学控制方法是利用不对称的推挽电子结构改变分子内的电子传输特性。 随着吸电子基团的增加，材料激发态的偶极子距离如果增大：在薄膜内或一定极性的条件下斯托克斯位移就会增加，最终导致发光红变。 、10、3 .研究现状和展望，泵浦源以激光三个基本组成部分之一的适当方法激励有机材料的原子系统，实现材料介质中粒子数的逆转，将高能量级粒子数维持得比低能量级粒子数多，保证激光的连续输出目前有机激光器的研究分别是基于泵浦和光泵这两个不同泵浦源开展的，泵浦有机激光器的研究现状，1996年第一台光泵的有机固体激光装置已有报道。 水泵有机固体激光器已被公认为新一代超轻、廉价、可调谐、柔性激光装置的最重要途径。 但是，电荷泵的有机激光(或称为有机激光二极管，OLD )至今还没有实现。与光泵相比，光泵有更高的激光发射额外损失。 损失的原因之一是电极对激子的淬灭、电极对光子的附加吸收、载流子(偶极子)和三线状态的淬灭。 、11、3 .研究现状和展望，水泵有机激光器的研究现状是因为实现有机激光二极管面临着各种各样的困难，因此，是否用间接的方法来实现水泵有机激光器开始研究。 也就是说，电荷载流子不是直接注入共轭材料，而是驱动激光二极管和LED，通过该二极管，简单地说明电动泵有机激光器的最新进展。 这些进展并未完全集成在同一个器件上，但从各方面提供了促进有机激光区域发展的新研究方向，示意性地显示了使用LED光源泵送有机激光的机理，其中使用的光栅有二维DFB光栅、间接泵送有机激光器、间接电吸引研究现状和展望，可调波长有机激光器在实际应用中必须解决可调波长的问题。 发光波长与活性层厚度有直接关系，可以在595 nm650 nm间连续地调整Alq3:DCM的发光波长，在蒸镀时使用掩模板使膜厚在1850 nm1850 nm间变化等VECSOL的结构中，通过旋涂引起的膜厚不均(通常最近，Mhibik报告了基于VECSOL的结构利用不同的染料，在同一器件结构内获得了从蓝色光到红色光的宽范围的波长调制。 (Mhibik等中使用的VECSOL结构图(b )是波长调制的光谱合成图，可知调节范围从440nm到670nm，使用了5种不同的染料，从现状和展望来看，宽波长的有机激光-共轭材料的发光范围一般是可见光范围。 在更宽的波长下，无辐射衰减取代了荧光发光，最终荧光量子效率随着发光波长的增加而衰减的蓝色光和紫外光的发光体，通常由于小的共轭发光核缺乏刚性，因此光稳定性差，需要在泵中使用深紫外光的高能量光子。 紫外光谱应用潜力很大的研究者们经常寻找合适的材料。 硅芴和螺旋复合体有潜力的紫外发光体备选件：人用热蒸镀法制备了spiro-terphenyl薄膜，获得了迄今为止有机半导体激光发光的最低波长361.9nm。 对通信、生物、未来等离体应用的需求，不断探索着高效的深红色和红外光增益介质和激光器件。 据报道，通过DFB结构实现了890930nm的激光发光。 使用非线性光学元件将来自有机材料的可见光调谐到UV或IR的范围内，该元件还可以彻底解决另一种波段限制。 为了保证这种非线性光学系统的高能量转