边发射有机光子晶体激光器的研究
发布时间：2021-07-03 18:27
随着材料科学与工艺技术的进步,各种新型半导体激光器的研发与应用已取得了突飞猛进的发展,并广泛应用于信息、工业、医疗和国防等诸多领域。根据激光器使用目的和工作对象的不同,人们利用新型无机半导体材料研制开发出波长覆盖蓝光到远红外波段的各色激光器。但作为增益介质的无机半导体材料也存在制备工艺复杂、环境不友好、成本较高及后期加工困难等不足,这促使人们积极寻找新型的激光材料。和传统无机材料相比,有机半导体材料具有更高的发光效率和更宽的发光光谱,易于通过化学修饰改善材料发光性能,并且合成简单、价格低廉、加工方便,因此有机半导体激光器成为近几年的研究热点。目前有机半导体面发射激光器的研究较为广泛,但更适合于面上集成的微型边发射激光器的研究才刚刚起步。由此我们提出采用具有优良发光性能的有机共轭聚合物PPV衍生物作为激光增益介质,以有机半导体脊型波导为基础,利用光子晶体的带隙和局域特性,设计制备一维边发射有机半导体光子晶体激光器。系统分析了有机半导体材料微观粒子数反转和宏观增益特性对激光输出的影响、设计优化了边发射有机激光器的谐振腔结构,并比较分析了改善激光输出特性的三种耦合输出系统。具体研究工作如下:...
【文章来源】：中央民族大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?（ａ）光泵浦蓝光边发射ＯＳＬ结构图；（ｂ）激光器泵浦发光实图；（ｃ）边发射光谱图，插图为器??入［２２］??
计了轴向耦合有机纳米线双色单模激光器［２３］，其结构如下图１－３所示。纳米线Ａ和纳米??线Ｂ分别由氰基取代的低聚（对亚苯基亚乙烯基）（简称为〇ｐｖ－Ａ）和氰基取代的低??聚－（ａ－亚苯基亚乙烯基）－１，４－双（Ｒ氰基－４－二苯基氨基苯乙烯基）－２，５－二苯基苯（简称??为ＯＰＶ－Ｂ）合成的。这些有机分子纳米线在超过阈值的栗浦条件下表现出多波长激射性??能，此外当两根纳米线端面对齐靠近形成耦合微腔时，通过调节纳米线的长度和两纳米??线间隙宽度可以实现双色单模激光的发射，它们彼此之间充当模式滤波器。??ＢＢＳ！??『，?ｍｗｉｕｉ??图１－３?（ａ）纳米线Ａ（上）、纳米线Ｂ（中）、纳米线Ａ＋Ｂ耦合的双色单模激光器示意图；（ｂ）竊合纳米线??的伪彩色ＳＥＭ图丨２３］??长度为１８．５｜ｉｍ的ＯＰＶ－Ａ纳米线和１３．８（ｉｍ的ＯＰＶ－Ｂ纳米线构建的轴向耦合异质纳??米线谐振器（如图１－４所示）在单侧泵浦条件下均可以在各自增益区域中输出单模激光。??当泵浦点在０１端时，ＯＰＶ－Ｂ纳米线用作ＯＰＶ－Ａ有源激光腔的外部调制器，用以产生??４５８ｎｍ的单模激光，而它们的作用与输出５５４．５ｎｍ单模激光的情况相反。当两个耦合的??纳米线同时用作有源激光腔和无源调制腔时（即泵浦点在０２处），轴向親合的异质纳??米线腔中的这种共模选择效应将使双波长单模激光器的输出成为可能。实验也证明通过??整体泵送异质耦合的纳米线结构可以实现预期的双色单模激光。??４??
Ｒｙｎｐ??ｓ＝ａ?Ｕ??４５０?５００?５５０?４５０?５００?５５０?６００?６５０??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｉ?（ｒｍ）?Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｎｎ）??图１－４轴向耦合的异质纳米线在不同泵浦位置下的激光发射光谱［？??２、微腔结构??微腔结构不同于平面波导结构，其谐振腔是在垂直于薄膜平面方向上建立。这种结??构己经在无机半导体激光器中得到了成功的应用，被称为表面发射的垂直微腔激光??（Ｖｅｒｔｉｃａｌ－Ｃａｖｉｔｙ?Ｓｕｒｆａｃｅ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ?Ｌａｓｅｒ：?ＶＣＳＥＬｓ）。Ｔｅｓｓｌｅｒ?等在?１９９６?年报道了以?ＰＰＶ??为增益介质的微腔激光器［２４］。该激光器中，有机材料ＰＰＶ被直接旋涂在宽带高反的ＤＢＲ??反射镜片表面，有机薄膜厚度约ｌＯＯｎｍ，作为输出端的银镜通过蒸镀方式沉积在有机层??上表面。??Ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ＰＰＶ??Ｓｉｌｖｅｒ?＿ＪＴ＼＾??－１００?ｎｍ?ＰＰＶ?＼——／?＾???．?Ｌ?」ｎ??—三?ＤＢＲ??ｈ?Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ??３５５?ｎｍ??图１－５光泵浦绿光激光器结构示意图（左）及ＰＰＶ分子式（右）Ｕ４］??该微腔激光器采用三倍频再生放大Ｎｄ：ＹＡＧ激光器作为泵浦源，泵浦光脉冲宽度为??２００￣３００ｐｓ，重复频率为１ｋＨｚ，中心波长３５５ｎｍ。栗浦时，光束聚焦成直径为２５０ｆｉｍ的??光斑垂直照射在器件上，其最大入射能量为５Ｗ。由于腔长较短，在微腔中仅有几个纵??模能有效振荡，且当泵浦光能量超过激射阈值（２〇（ＶＪ＇ｃｎｒ２），最终实现单模输出（图??１－６所示）。基于该工作的启发，基于不同种类的有机增益介质的平面微腔激光器在日??后
【参考文献】：
期刊论文
[1]一维边发射有机半导体光子晶体激光器设计[J]. 李长伟,陈笑,蔡园园,王晓青,冯帅,王义全. 光学学报. 2018(09)
[2]MEH-PPV和PFO发光薄膜的光学常数和厚度测定[J]. 朱德喜,沈伟东,甄红宇. 光电子.激光. 2009(01)
[3]有机聚合物光波导的端面处理研究[J]. 钱淑冰,胡国华,恽斌峰,崔一平. 光电子技术. 2007(04)
[4]MEH-PPV薄膜的光学参数计算[J]. 王晓阳,徐艳梅,张春平,李静,莫越奇,吴宏滨,曹镛,Yu Gang. 光子学报. 2005(05)
[5]掺杂非线性吸收介质的光子晶体的双稳态特性[J]. 黄晓琴,崔一平. 光电子·激光. 2003(01)
博士论文
[1]两种典型有机共轭聚合物相干振动过程的超快光谱研究[D]. 王英惠.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3263119
【文章来源】：中央民族大学北京市 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?（ａ）光泵浦蓝光边发射ＯＳＬ结构图；（ｂ）激光器泵浦发光实图；（ｃ）边发射光谱图，插图为器??入［２２］??
计了轴向耦合有机纳米线双色单模激光器［２３］，其结构如下图１－３所示。纳米线Ａ和纳米??线Ｂ分别由氰基取代的低聚（对亚苯基亚乙烯基）（简称为〇ｐｖ－Ａ）和氰基取代的低??聚－（ａ－亚苯基亚乙烯基）－１，４－双（Ｒ氰基－４－二苯基氨基苯乙烯基）－２，５－二苯基苯（简称??为ＯＰＶ－Ｂ）合成的。这些有机分子纳米线在超过阈值的栗浦条件下表现出多波长激射性??能，此外当两根纳米线端面对齐靠近形成耦合微腔时，通过调节纳米线的长度和两纳米??线间隙宽度可以实现双色单模激光的发射，它们彼此之间充当模式滤波器。??ＢＢＳ！??『，?ｍｗｉｕｉ??图１－３?（ａ）纳米线Ａ（上）、纳米线Ｂ（中）、纳米线Ａ＋Ｂ耦合的双色单模激光器示意图；（ｂ）竊合纳米线??的伪彩色ＳＥＭ图丨２３］??长度为１８．５｜ｉｍ的ＯＰＶ－Ａ纳米线和１３．８（ｉｍ的ＯＰＶ－Ｂ纳米线构建的轴向耦合异质纳??米线谐振器（如图１－４所示）在单侧泵浦条件下均可以在各自增益区域中输出单模激光。??当泵浦点在０１端时，ＯＰＶ－Ｂ纳米线用作ＯＰＶ－Ａ有源激光腔的外部调制器，用以产生??４５８ｎｍ的单模激光，而它们的作用与输出５５４．５ｎｍ单模激光的情况相反。当两个耦合的??纳米线同时用作有源激光腔和无源调制腔时（即泵浦点在０２处），轴向親合的异质纳??米线腔中的这种共模选择效应将使双波长单模激光器的输出成为可能。实验也证明通过??整体泵送异质耦合的纳米线结构可以实现预期的双色单模激光。??４??
Ｒｙｎｐ??ｓ＝ａ?Ｕ??４５０?５００?５５０?４５０?５００?５５０?６００?６５０??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｉ?（ｒｍ）?Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｎｎ）??图１－４轴向耦合的异质纳米线在不同泵浦位置下的激光发射光谱［？??２、微腔结构??微腔结构不同于平面波导结构，其谐振腔是在垂直于薄膜平面方向上建立。这种结??构己经在无机半导体激光器中得到了成功的应用，被称为表面发射的垂直微腔激光??（Ｖｅｒｔｉｃａｌ－Ｃａｖｉｔｙ?Ｓｕｒｆａｃｅ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ?Ｌａｓｅｒ：?ＶＣＳＥＬｓ）。Ｔｅｓｓｌｅｒ?等在?１９９６?年报道了以?ＰＰＶ??为增益介质的微腔激光器［２４］。该激光器中，有机材料ＰＰＶ被直接旋涂在宽带高反的ＤＢＲ??反射镜片表面，有机薄膜厚度约ｌＯＯｎｍ，作为输出端的银镜通过蒸镀方式沉积在有机层??上表面。??Ｅｍｉｓｓｉｏｎ?ＰＰＶ??Ｓｉｌｖｅｒ?＿ＪＴ＼＾??－１００?ｎｍ?ＰＰＶ?＼——／?＾???．?Ｌ?」ｎ??—三?ＤＢＲ??ｈ?Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ??３５５?ｎｍ??图１－５光泵浦绿光激光器结构示意图（左）及ＰＰＶ分子式（右）Ｕ４］??该微腔激光器采用三倍频再生放大Ｎｄ：ＹＡＧ激光器作为泵浦源，泵浦光脉冲宽度为??２００￣３００ｐｓ，重复频率为１ｋＨｚ，中心波长３５５ｎｍ。栗浦时，光束聚焦成直径为２５０ｆｉｍ的??光斑垂直照射在器件上，其最大入射能量为５Ｗ。由于腔长较短，在微腔中仅有几个纵??模能有效振荡，且当泵浦光能量超过激射阈值（２〇（ＶＪ＇ｃｎｒ２），最终实现单模输出（图??１－６所示）。基于该工作的启发，基于不同种类的有机增益介质的平面微腔激光器在日??后
【参考文献】：
期刊论文
[1]一维边发射有机半导体光子晶体激光器设计[J]. 李长伟,陈笑,蔡园园,王晓青,冯帅,王义全. 光学学报. 2018(09)
[2]MEH-PPV和PFO发光薄膜的光学常数和厚度测定[J]. 朱德喜,沈伟东,甄红宇. 光电子.激光. 2009(01)
[3]有机聚合物光波导的端面处理研究[J]. 钱淑冰,胡国华,恽斌峰,崔一平. 光电子技术. 2007(04)
[4]MEH-PPV薄膜的光学参数计算[J]. 王晓阳,徐艳梅,张春平,李静,莫越奇,吴宏滨,曹镛,Yu Gang. 光子学报. 2005(05)
[5]掺杂非线性吸收介质的光子晶体的双稳态特性[J]. 黄晓琴,崔一平. 光电子·激光. 2003(01)
博士论文
[1]两种典型有机共轭聚合物相干振动过程的超快光谱研究[D]. 王英惠.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3263119
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