有机激光增益介质设计合成及其光放大行为研究

发布时间：2020-04-06 06:27

【摘要】：开发新型有机激光增益介质,对有机半导体激光的发展,特别是电泵浦有机激光的发展有着极其重要的意义。本论文从设计开发高性能有机激光增益介质为出发点,针对低ASE/激光阈值、良好热/光稳定性、高光学增益、高发光效率、高载流子迁移率、三线态激子利用等材料设计难点,通过引入高效发光结构单元,大平面共轭结构设计,和构筑能量传递等方式给出解决方案,开发出了一系列性能优异的有机激光增益介质材料体系。本论文进一步通过有机电致发光器件的制备和激光器件集成,系统研究了增益介质的电致发光性能、光放大行为、光学增益行为、激光行为以及增益介质与光物理行为之间的构效关系。具体分为以下七个部分:第一章,简要介绍有机激光领域的发展,光放大原理与激光的构成,介绍了光反馈结构的主要组成,并重点介绍有机增益介质的研究现状。同时,阐述了实现有机电泵浦激光的难点和挑战。最后,以此为依据提出本论文的研究思路和创新点。第二章,设计合成了一系列具有不同柔性链取代基的芘封端苯基芴衍生物材料体系(PFP-X,X=1-4),研究柔性链取代基的变化对光电性质的影响。研究表明,柔性链的增长可以有效降低分子间相互作用,抑制小分子结晶属性,从而提高材料成膜性能和光物理性质。同时,其表现出了出众的电致发光性能和光放大行为,实现了非常低的激光阈值。第三章,针对一类新型大平面共轭材料体系(梯形材料),提出了星状梯形大分子的设计理念和合成方法。通过采用三并茚作为中间的核结构,不同共轭长度的全梯形作为臂结构骨架,并用二苯胺进行封端来构筑星状梯形大分子(TrL-n,n=1-3),其表现出了完美的分子结构完整性,来避免化学缺陷。TrL-n梯形大分子材料体系可以有效抑制低能带发光,并获得了非常低的ASE阈值,说明了这一类材料作为有机增益介质广阔的应用前景。第四章,在第三章工作的基础上,采用更为刚性的螺芴作为核来构筑三维星状全梯形大分子(SpL-n,n=1-3)。SpL-n表现出了极其出色的热/光稳定性和ASE/激光性能。同时,基于SpL-n材料体系,我们实现了基于目前π-共轭有机增益介质最高的光增益系数(170 cm~(-1))。研究表明,通过螺芴的星状全梯形大分子的巧妙分子设计,结合了功能化官能团的优势,为电泵浦有机激光提供强大的分子设计策略支持。第五章,继续基于螺芴结构构筑线性梯形材料体系,系统研究分子构型对材料体系发光行为,特别是光放大行为的影响。研究发现,星状梯形大分子相较于线性小分子材料,表现出了更低的ASE阈值,更好的热稳定性和更出众的光学增益行为。第六章,通过引入铱配合物作为“三线态激子放大器”和荧光聚合物F8BT作为增益介质,来构筑三线态-单线态主客体掺杂体系实现光放大。在三线态-单线态主客体掺杂体系中,我们实现了光放大过程,同时,相较于未掺杂体系,其表现出了低于三倍的ASE阈值和更出众的激光行为。另外,在电驱动条件下,基于三线态-单线态主客体掺杂体系的荧光OLED器件也相较于未掺杂体系表现出了更出众的器件性能。我们提供了一种新的方法学来通过能量传递管理三线态激子,实现光放大和更好的OLED器件性能,对未来有机激光二极管的发展提供新的思路。第七章,我们对全文进行总结以及展望有机激光发展未来。
【图文】：

1977 年 A. Heeger 等人发现了掺杂型聚乙炔 (Polyacetylene)具备导电性，拉开了有的序幕，引起世界范围内的广泛关注[1]；1987 年，柯达公司邓青云博士等人发明了构有机双层薄膜电致发光器件，标志着有机电致发光进入高速发展的时代[2]；1990迪许实验室 R. Friend 等人报道了基于聚(p-苯基撑) (PPV)的首例聚合物电致发光器件科学家们对基于有机半导体材料相关理论研究的深入，p-n 能带调控和 D-A 分子设大拓展了有机半导体半导体材料体系，有机半导体材料已经成功应用于有机发光二EDs)、有机太阳能电池 (OPVs)、有机场效应晶体管 (OTFTs)、有机电存储 (Ororys)、有机传感器 (OrganicSensors)、有机半导体激光 (OrganicSemiconductorLase (如图 1.1 所示)。而其中，基于有机材料体系的有机发光二极管已经成功步入产业其本身可视度和亮度较高，加之柔性、便携带等特点，成为 21 世纪最具前景的发光。正是基于在有机电子领域的原创性工作和杰出贡献，A.Heeger，A.MacDiarmid 和 (H. Shirakawa)三位科学家被授予 2000 年度诺贝尔化学奖[4-6]。

.3 激光组成的三要素：泵浦源，激光增益介质和结构中实现光放大，有机增益介质需要具有类四能有明确的选择性。类四能级系统示意图如图 1.4 所子基态能级 (S0, level 1)激发到电子激发态 (S1, l至最低电子振动能级 (level3)。当激子从激发态续光放大过程。当处于激发态激子数量大于基态的级系统定义了最低的激光阈值，因为考虑到反馈腔粒子数反转。有很多不利的光学损耗，例如，材料本身的自吸收和电荷吸收，这些光学损耗可以降低材料对泵浦光光发射。如图 1.4 所示，处于激发态 (S1)的激子可态激子本身长的寿命，可以发生三线态激子聚集。荧光带发生重合，，从而降低单线态激子数量导致
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN24;TN721


本文编号：2616147