二維有機準晶光子晶體激光器的設計及其特性研究.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的研究熱點之一。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。有機半導體材料，相比于無機半導體具有發(fā)光效率高，溫度穩(wěn)定性好，且易于結構修飾與器件制備等諸多優(yōu)點，因而被廣泛應用于光電器件上。有鑒于此，本文提出了一類基于有機半導體材料的光子晶體微腔激光器。該激光器以構成準晶光子晶體的有機共

2、軛聚合物作為激光增益介質，根據(jù)二維八重準晶光子晶體的特性，探索利用缺陷對有機材料發(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，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計具有激射效應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)光效率與有機材料、準晶結構的關聯(lián)，進而制備出光泵浦準晶光子晶體有機半導體可調諧激光原型器件。具體研究工作如下：
　　 ⑴有機增益介質材料的發(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、濃度之間的關聯(lián)，最終確定有機半導體發(fā)光材料BEHP-co-MEH-PPV作為激光增益介質。
　　 ⑵光子晶體激光器的結構設計與性能優(yōu)化。采用時域有限差分法，研究8重準晶光子晶體微腔結構的光傳輸特性以及各參數(shù)對光子帶隙的影響。通過調節(jié)準晶光子晶體中心缺陷，調諧該結構所支持的

4、缺陷模位置，使之與增益介質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準晶光子晶體中利用準晶結構的對稱性、控制缺陷模的對稱性實現(xiàn)高品質因數(shù)的微腔，并達到利用微腔實現(xiàn)光束定向激射的目的。
　　 ⑶有機薄膜的制備與微結構的刻蝕。有機聚合物薄膜的質量及表面平整度對二維平板光子晶體的光學特性有較大的影響。我們研究利用復合溶劑法，及采用偏心甩膠、懸浮振蕩等方法，實現(xiàn)優(yōu)化薄膜的性能。確定制備準晶光子晶體微腔激光器的實驗條件和方法

5、，利用微加工聚焦離子束刻蝕系統(tǒng)和電子束曝光技術制備出有機準晶微腔結構。
　　 ⑷光子晶體微腔激光器光學特性的測試。采用自行設計搭建的光譜測量系統(tǒng)，對制備的光子晶體微腔激光器進行光學特性測試。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，實驗結果與理論計算基本符合，分析有機準晶微腔激光器出現(xiàn)激射光的基本原理。這一結果為未來制備有機電致發(fā)光器件和有機光子晶體非線性