有机半导体材料的激光性能研究

发布时间：2017-05-06 06:13

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【摘要】：有机半导体材料一般都具有共轭结构,可以根据功能需要进行分子结构设计,因此具有种类丰富,结构多样的特点。其发射光谱可覆盖整个可见光谱区,激子的热稳定性能非常好,是激光增益材料的一个重要分支。以有机半导体材料作为增益介质的光泵浦和电泵浦激光器,是有机光电子领域之中的研究热点之一。有机材料可以通过多种低成本的方法成膜,易形成无定形薄膜,对衬底要求较低,在刚性或者柔性衬底上都可以沉积。但是,有机材料的分子间作用力较弱,材料的稳定性较差,其性能很容易受到周围环境的温度以及空气中氧气和水汽的影响而劣化。因此,有机光电子器件在实用化之前都必须解决封装问题,以防止材料的老化。有机半导体激光已有多年的研究历史,但是大部分材料的激光阈值偏高,不利于电泵浦激光的实现,而且激光性能的稳定性方面的研究报道偏少。因此,研究开发新型的有机激光材料,实现低阈值且性能稳定的光泵浦激光是有机激光技术发展的重要基础工作。本文以此为目标,开展了如下的研究工作。一.氟硼二吡咯类材料的放大自发发射(ASE)性能研究以氟硼二吡咯(BODIPY)为母体的各种衍生物类荧光染料,具有较高的荧光量子产率和光稳定性。在其基本的分子结构中引入不同的分子基团,可使其发光性质得到功能化的调节。我们对苯基,萘基和蒽基取代的三种BODIPY衍生物材料PhBOD, NaBOD和EnBOD的受激发射性能进行了研究。发现它们在甲苯中都具有良好的ASE性能,ASE效率均超过了22%。其中,浓度为0.008 Mol·L-1的PhBOD甲苯溶液样品的ASE阈值约99 kW·cm-2,该样品的光稳定性非常高,在同一位置经紫外脉冲激光的20万次泵浦,ASE的强度衰减为初始强度的80%以上。将三种材料掺杂进PS中制备成薄膜,在大气环境中放置三个月后,PhBOD, NaBOD 和 EnBOD样品的ASE阈值分别是初始时的2.99倍,2.85倍和3.76倍。在高温100℃的条件下进行测试,PhBOD, NaBOD和EnBOD样品的ASE阈值是在室温状态时的1.88倍,4.94倍和5.41倍。二F-NI, TR-NI和PY-NI三种材料的ASE性能研究这三种材料是带有萘单酰亚胺基团的芴、三聚茚和芘的衍生物材料。研究结果表明,它们不但具有良好的ASE性能,而且热稳定性能和环境中的放置稳定性非常好。其中,PS：F-NI薄膜在高温200℃的环境条件下进行测试,仍然能保持较低的ASE阈值,其阈值是室温下的1.17倍,而且光谱峰位没有偏移。样品在大气气氛中放置一年,ASE阂值几乎没有变化。三.新型的电子注入层材料YF3电子传输材料和电子注入材料在OLED中比较缺乏。我们利用氟化钇(YF3)代替LiF作为电子注入层材料,制备了结构为Glass/ITO/NPB/Alq3/YF3/Al有机电致发光器件(OLED)。结果表明：适当厚度的YF3电子注入缓冲层可以增强阴极的电子注入能力,使得电子和空穴的浓度更加平衡,有效地提高器件的电致发光性能。其中,1.2 nm厚YF3的器件具有最小的起亮电压2.6 V,最高的电流效率8.52 cd.A-1,最大的亮度36530 cd·m-2。最大亮度和电流效率与LiF参考样品相比,分别提高了39%和53%。四.650 nm的光泵浦有机微腔激光我们设计研制了以分布式布拉格反射镜(DBR)为腔镜,以主客体掺杂的红光发光材料Alq3:DCJTI为增益介质的有机微腔结构。在紫外脉冲激光的泵浦下获得了波长650 nm的激光,其阈值强度约为110 W-cm-2,阈值前后FWHM从4.7 nm窄化到3.2nm。
【关键词】：BODIPY 放大自发辐射 稳定性 有机发光二极管 光学微腔
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN304
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-43
• 1.1 引言13-14
• 1.2 激光器的基本组成14-15
• 1.3 受激吸收,自发辐射,和受激辐射15-20
• 1.3.1 受激吸收16-17
• 1.3.2 自发辐射17-18
• 1.3.3 受激辐射18-19
• 1.3.4 受激辐射与自发辐射的区别19-20
• 1.4 粒子数反转20-24
• 1.4.1 三能级系统22-23
• 1.4.2 四能级系统23-24
• 1.5 有机激光增益介质24-30
• 1.5.1 有机染料激光25-27
• 1.5.2 有机半导体激光增益介质27-30
• 1.6 有机激光器结构30-35
• 1.6.1 有机光学微腔结构31-34
• 1.6.2 分布反馈式结构34-35
• 1.7 研究背景35-36
• 1.8 有机材料受激发射的研究方法36-40
• 1.8.1 瞬态泵浦探测光谱研究36-38
• 1.8.2 放大自发辐射研究38-40
• 1.9 本论文的主要工作40-43
• 第二章 稠环芳烃取代氟硼二吡咯材料的受激发射性能43-67
• 2.1 研究背景及现状43-47
• 2.2 实验部分47-49
• 2.2.1 实验材料47
• 2.2.2 样品制备47-48
• 2.2.3 实验光路图及实验装置48-49
• 2.3 稠环芳烃甲苯溶液放大自发辐射性能49-58
• 2.3.1 PhBOD甲苯溶液放大自发辐射性能研究49-53
• 2.3.2 NaBOD甲苯溶液放大自发辐射性能研究53-56
• 2.3.3 EnBOD甲苯溶液放大自发辐射性能研究56-58
• 2.4 稠环芳烃取代BODIPY薄膜放大自发辐射性质58-65
• 2.5 小结65-67
• 第三章 以萘单酰亚胺为支链的星形分子的放大自发辐射性能稳定性研究67-83
• 3.1 引言67
• 3.2 实验过程67-68
• 3.3 F-NI放大自发辐射性质研究68-73
• 3.4 TR-NI放大自发辐射性质研究73-77
• 3.5 PY-NI放大自发辐射性质研究77-80
• 3.6 小结80-83
• 第四章 有机光电子器件的研制83-101
• 4.1 引言83
• 4.2 氟化钇电子注入层对OLED器件性能的影响83-88
• 4.2.1 实验背景83-84
• 4.2.2 OLED制备过程84
• 4.2.3 结果与讨论84-88
• 4.3 基于Alq:DCJTI薄膜的光泵浦微腔激光88-99
• 4.3.1 实验背景88-89
• 4.3.2 光学微腔概述89-91
• 4.3.3 微腔器件制备过程91-94
• 4.3.4 结果与讨论94-99
• 4.4 小结99-101
• 第五章 总结与展望101-103
• 5.1 总结101-102
• 5.2 展望102-103
• 参考文献103-115
• 在学期间学术成果情况115-117
• 指导教师及作者简介117-119
• 致谢119

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张琪;曾文进;夏瑞东;;有机激光材料及器件的研究现状与展望[J];物理学报;2015年09期

  本文关键词：有机半导体材料的激光性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：347878