二維有機(jī)準(zhǔn)晶光子晶體激光器的設(shè)計(jì)及其特性研究.pdf

1、發(fā)展高效、穩(wěn)定、且方便與其它光器件集成的激光光源等新型光電器件是目前光信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。作為近三十年發(fā)展起來的一種新型光子材料，光子晶體以其獨(dú)特的光子帶隙和光子局域特性，為制備性能優(yōu)良的微型激光光源提供了基礎(chǔ)。有機(jī)半導(dǎo)體材料，相比于無機(jī)半導(dǎo)體具有發(fā)光效率高，溫度穩(wěn)定性好，且易于結(jié)構(gòu)修飾與器件制備等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于光電器件上。有鑒于此，本文提出了一類基于有機(jī)半導(dǎo)體材料的光子晶體微腔激光器。該激光器以構(gòu)成準(zhǔn)晶光子晶體的有機(jī)共

2、軛聚合物作為激光增益介質(zhì)，根據(jù)二維八重準(zhǔn)晶光子晶體的特性，探索利用缺陷對有機(jī)材料發(fā)光的局域，缺陷微腔形成的與光子晶體平面垂直方向的波導(dǎo)，以及利用光子晶體平板上下底面多層反射膜形成的完整諧振腔設(shè)計(jì)具有激射效應(yīng)的光子晶體垂直腔面發(fā)射激光器。研究其激射過程，探索出射波長、起振閾值、激光模式和發(fā)光效率與有機(jī)材料、準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而制備出光泵浦準(zhǔn)晶光子晶體有機(jī)半導(dǎo)體可調(diào)諧激光原型器件。具體研究工作如下：
　　 ⑴有機(jī)增益介質(zhì)材料的發(fā)光特

3、性研究。對共軛聚合物PPV及其衍生物MEH-PPV與BEHP-PPV等材料的熒光量子效率和光譜特性進(jìn)行比較，尋找材料的光致發(fā)光效率、光譜特性與衍生物的摻雜比例、濃度之間的關(guān)聯(lián)，最終確定有機(jī)半導(dǎo)體發(fā)光材料BEHP-co-MEH-PPV作為激光增益介質(zhì)。
　　 ⑵光子晶體激光器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化。采用時(shí)域有限差分法，研究8重準(zhǔn)晶光子晶體微腔結(jié)構(gòu)的光傳輸特性以及各參數(shù)對光子帶隙的影響。通過調(diào)節(jié)準(zhǔn)晶光子晶體中心缺陷，調(diào)諧該結(jié)構(gòu)所支持的

4、缺陷模位置，使之與增益介質(zhì)的熒光峰所在位置相匹配。最后確定如何在低折射率對比的有機(jī)準(zhǔn)晶光子晶體中利用準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)的對稱性、控制缺陷模的對稱性實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)因數(shù)的微腔，并達(dá)到利用微腔實(shí)現(xiàn)光束定向激射的目的。
　　 ⑶有機(jī)薄膜的制備與微結(jié)構(gòu)的刻蝕。有機(jī)聚合物薄膜的質(zhì)量及表面平整度對二維平板光子晶體的光學(xué)特性有較大的影響。我們研究利用復(fù)合溶劑法，及采用偏心甩膠、懸浮振蕩等方法，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化薄膜的性能。確定制備準(zhǔn)晶光子晶體微腔激光器的實(shí)驗(yàn)條件和方法

5、，利用微加工聚焦離子束刻蝕系統(tǒng)和電子束曝光技術(shù)制備出有機(jī)準(zhǔn)晶微腔結(jié)構(gòu)。
　　 ⑷光子晶體微腔激光器光學(xué)特性的測試。采用自行設(shè)計(jì)搭建的光譜測量系統(tǒng)，對制備的光子晶體微腔激光器進(jìn)行光學(xué)特性測試。利用355nm脈沖激光作為光泵浦源，獲得了微腔激光器的閾值9μ J/cm2，激射光波位于607nm，半峰寬度1nm，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算基本符合，分析有機(jī)準(zhǔn)晶微腔激光器出現(xiàn)激射光的基本原理。這一結(jié)果為未來制備有機(jī)電致發(fā)光器件和有機(jī)光子晶體非線性