红绿双基色输出的光泵有机光子晶体微腔激光器

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有机半导体激光器(OSL)因其具有光谱可调、制备简单、成本低廉、集成方便等优点,在发展小型可调谐激光器、柔性激光器、显示照明以及光电子集成器件等方面具有广泛的应用前景。目前制约OSL发展的主要瓶颈在于器件损耗大,这直接导致了激射阈值高,从而限制了器件的应用发展。光子晶体是一类由两种或两种以上的具有不同介电常数的材料在光学尺度上周期性排列组成的晶体。光子晶体独特的光子带隙和局域特性为制备性能优良的低阈值有机激光器等光电器件奠定了物理基础。本论文将有机掺杂复合材料的优良发光特性与光子晶体灵活的光调制特性相结合,制备了绿色单波长输出的光泵浦准晶光子晶体微腔激光器,并在此基础上设计了基于超晶格光子晶体结构的红绿双基色单点输出的微腔激光器。具体工作如下:基于磷光材料Ir(ppy)3掺杂有机聚乙烯基咔唑(PVK)体系,我们设计并制备了绿波长输出的有机光子晶体微腔激光器。磷光材料掺杂蓝光聚合物体系在最佳掺杂浓度5%下大幅提高了发光效率。在结构设计方面,该激光器水平方向上利用八重准晶微腔实现缺陷模光场的局域,同时该微腔吸收捕获周围同模式光子,进一步提高腔内态密度;在垂直方向上利用DBR高反膜作为谐振腔反射镜,构建高反膜/增益介质/银层膜结构实现纵向光增益谐振放大。在波长355nm的皮秒光脉冲泵浦下,该激光器实现了低阈值87.6μJ/cm2,激射峰位于521.3nm,半高宽0.8 nm的绿激光输出。为实现红绿双波长激光输出,我们研究了两种磷光材料FIrPic和Ir(piq)2(acac)掺杂PVK体系的吸收发光特性和超晶格光子晶体的带隙特性。研究结果表明,当PVK:FIrPic:Ir(piq)2(acac)的质量比为100:10:1时,吸收谱与发光谱有明显斯托克斯位移,并且掺杂体系发光光谱大幅拓宽至450-700nm宽波段,且在500 nm和616nm处出现两个明显的发光峰。在此基础上,我们设计了三角晶格和正方晶格交替生成的有机超晶格光子晶体结构,讨论了不同占空比对其带隙的影响。通过优化缺陷,设计得到了分别位于501nm和600 nm两个谐振峰输出。这些工作为下一阶段制备红绿双基色有机光子晶体激光器提供了理论支撑,也为未来三基色多彩高清显示奠定了物理基础。
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