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有机半导体材料种类丰富,其中很大一部分具有很高的光学增益,可以作为激光振荡器与放大器的增益介质。有机半导体器件制备工艺简单,且可以实现柔性器件,这些特性使基于有机半导体材料的微纳激光器、光放大器具有广泛的研究和应用前景。本论文围绕微腔结构有机半导体薄膜激光放大器及其光物理特性,开展以下方面研究工作:(1)基于有机半导体分布反馈(DFB)微腔的飞秒激光脉冲注入锁定放大器将注入锁定放大技术与有机半导体薄膜DFB微腔激光器相结合,以沉积在纳米光栅上的高分子半导体薄膜构造DFB微腔,实现了微腔结构对垂直注入的种子光的选择性放大,放大波长与DFB微腔自身的共振波长相匹配。通过测量不同偏振态的泵浦光激发下,不同偏振态的注入光放大的超快动力学过程,研究了DFB微腔注入锁定放大的偏振依赖关系。结果表明,只有偏振方向与光栅栅线方向平行的注入光可以被微腔有效放大,且泵浦光的偏振方向会影响放大效率。另外,通过微调种子光注入微腔的角度可以改变放大光的波长。注入放大光不仅保留了注入光准直性、方向性和带宽性能的特点,还可以实现DFB微腔激光输出的远场、灵活可控应用。(2)基于有机半导体薄膜和啁啾光栅DFB微腔的飞秒激光注入锁定放大器DFB微腔的共振波长与微腔的有效折射率和光栅周期有关。利用啁啾光栅制备支持共振波长连续可调性的DFB微腔结构,通过调节种子光在啁啾光栅上注入的空间位置,即可以实现对注入放大波长的大范围调谐。利用柱透镜的聚焦光和平行光束构造双光束干涉光刻系统制备啁啾光栅,通过改变柱透镜与样品的距离或改变柱透镜的焦距,可以控制光栅栅线密度和光栅周期随空间位置的变化速率,从而实现对放大波长的调谐速度的调控。(3)基于倾斜光栅DFB微腔的有机半导体飞秒激光脉冲注入锁定放大器以时域有限差分法的模拟结果为基础,制备栅线倾斜的光刻胶光栅,旋涂有机半导体活性层,构建调谐带宽更大的倾斜光栅DFB微腔。系统研究了其注入锁定光放大特性。通过改变注入光的入射角,倾斜光栅DFB微腔可以实现放大波长的大范围调谐。非对称的微腔结构使DFB微腔共振模式的选择性略微减弱,导致微腔的Q值微小降低,而这会带来放大波长调谐范围的大幅度展宽。同时发现,由于活性介质的增益线宽限制,微腔对不同波长的光放大因子差别很大。通过改变泵浦光和注入光的能量密度大小,可以有效平衡倾斜光栅DFB微腔的宽带放大因子。(4)光纤端面集成有机半导体激光放大器利用柔性转印技术,将制备在平板基片上DFB微腔转移到光纤端面,实现了光纤端面集成的薄膜DFB微腔光放大器,在实现注入锁定激光放大的同时,可实现放大光信号的远程传输和应用。另外,将倾斜光栅DFB微腔转移到光纤端面,可以通过改变宽带注入光的入射角实现光纤集成放大器输出波长的调谐。