高转化效率液晶/聚合物光栅激光器的制备研究

CIOMP OpenIR

	高转化效率液晶/聚合物光栅激光器的制备研究
	刘明欢
学位类型	博士
导师	宣丽 ; 彭增辉
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	液晶/聚合物光栅有机激光器分布式反馈高转化效率
摘要	有机激光器由于具有激射光谱丰富以及其宽波段波长调谐特性,可以很好的填补无机半导体激光器无法覆盖的应用领域,是非常有前景的新型激光器。有机发光材料通过化学方法合成,利用普通的溶液旋涂等方法就可以制备高质量的光学薄膜,制成的有机激光器结构紧凑、易集成、成本低廉,有望形成规模性生产,在集成光学系统的光谱探测、传感、光通信等方面有着光明的应用前景。分布反馈式结构由于其优良的光谱选择以及低阈值运转特性而被广泛应用于有机激光器选频。液晶/聚合物光栅作为双光束或者多光束全息曝光制备的液晶/聚合物交替排列的周期性结构,由于具备制备简单、成本低廉、易于设计等特点是制备分布反馈式结构的合理选择。但由于文献中报道的液晶/聚合物光栅通常光栅轮廓粗糙,且有很多孔隙,作为分布反馈结构选频时会带来较大的光散射损耗,增加激光出射的阈值,降低激光器的转化效率。文献中报道的有机激光器的转化效率在0.5-6%,并且光谱覆盖范围有限,限制其应用。针对以上问题,开展了如下工作:在预混物中,通过使用5官能度多支链结构的单体DPHPA,由于DPHA在光化学反应时可以产生丰富的单体自由基,形成更加致密、稳定的聚合物层,更加有利于液晶分子的相分离,液晶/聚合物光栅形貌更加优良。因此,制备出了衍射效率高达91.2%,损耗低至1.51%的非常适用于作为分布反馈谐振腔的液晶/聚合物光栅。选取非芳香族极性溶剂四氢呋喃以及三氯甲烷,芳香族弱极性溶剂氯苯、对二甲苯以及甲苯溶解MEH-PPV。探讨不同溶解环境下,MEH-PPV分子旋涂成膜后,分子排列取向以及薄膜发光情况。波导ASE实验结果表明,非芳香族极性溶剂溶解MEH-PPV时,薄膜具有更高的净增益,将有助于器件阈值降低以及转化效率的提升。四氢呋喃溶解MEH-PPV时,激光出射阈值6.7μJ/cm~2,转化效率高达9.5%,而对二甲苯溶解时,激光出射阈值25.0μJ/cm~2,转化效率为4.9%。激光泵浦实验结果表明非芳香族极性溶剂溶解MEH-PPV时,MEH-PPV分子侧链倾向于和苯环非共面排列,有效抑制聚合物链电子云间相互作用,降低了各种双分子过程导致的荧光猝灭过程,相比较于芳香族弱极性溶剂溶解MEH-PPV,MEH-PPV分子侧链倾向于和苯环共面排列情况,激光出射阈值降低,提升了器件的转化效率。制备激光染料DCM掺杂的液晶聚合物光栅,控制MEH-PPV厚度为150nm,使其不发光,引入准波导结构。波导ASE实验表明,相同泵浦条件下,准波导结构的净增益大于波导结构的净增益,亦即光信号在准波导结构传播时,将更加有效被放大,有利于降低激光出射阈值,提升转化。在准波导结构中,通过改变光栅周期,实现了573.2至722.3nm共149.1nm激光出射。在高衍射级次中,利用准波导结构中实现了双波长激光出射,双波长激光出射范围超过40nm。最后,将MEH-PPV薄膜控制在80nm,成功制备了三波长激光器,将温度从室温加热至清亮点以上,其温度调谐范围高达8nm。本论文的研究工作,为实现新型有机可调谐分布反馈激光器的制备奠定了基础,进一步了推动了其商业化进程。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61593
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	刘明欢. 高转化效率液晶/聚合物光栅激光器的制备研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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