有機(jī)激光器的現(xiàn)狀
有機(jī)激光器最新的發(fā)展情況
有機(jī)染料激光器已經(jīng)發(fā)展了一段時間了,現(xiàn)在是應(yīng)用最多的一種可調(diào)諧的激光器。染料激光器的可調(diào)諧范圍寬廣、輸出功率高、吸收和增益容易控制(因?yàn)槿玖蠞舛热菀卓刂疲⒖僧a(chǎn)生連續(xù)波、Q開關(guān)及超短脈沖輸出等優(yōu)點(diǎn)逐個得到開發(fā),并且得到廣泛的應(yīng)用。染料是一種碳?xì)浠衔铩H玖戏肿又袇⑴c光的吸收或激光輻射的電子處于分子的共軛雙鍵中,其結(jié)構(gòu)如右圖所示。
液體有機(jī)染料激光器起步較早,相對來說發(fā)展較成熟,這也使其難有突破,近幾年,發(fā)展速度較緩慢。但是液體染料的優(yōu)點(diǎn)還是不容忽視的,波長在很寬的光譜范圍內(nèi)可調(diào),能夠產(chǎn)生超短脈沖激光;光束發(fā)散角小;譜線帶寬窄; 某兩種染料混合可以輸出新的波長;激活離子密度大,增益系數(shù)高,可得到較高的輸出功率;尤其是材料豐富、價格低廉。
當(dāng)然,液體燃料的缺點(diǎn)也是顯而易見的,染料溶液的搬運(yùn)和存貯都比較困難,有些激光染料還很難溶于基體溶液,而基體溶液要求必須能通過染料池循環(huán)流動,在實(shí)際操作中,操作者要經(jīng)常地存貯和清除大量的染料溶液,于是不可避免地發(fā)生染料溶液外溢的情況,然而大多數(shù)有機(jī)染料是易燃、易爆、有毒或致癌的;還有就是染料溶液的連續(xù)循環(huán)使得染料池循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜,體積十分龐大。但是,染料盒的發(fā)展已經(jīng)在一定的程度上改善了這種情況。
有機(jī)半導(dǎo)體材料的高速發(fā)展使得有機(jī)半導(dǎo)體的激光器的出現(xiàn)成為了可能。相對于無機(jī)材料,有機(jī)材料有最重要的優(yōu)勢是其近乎無限的可修飾性。通過改變有機(jī)分子的分子構(gòu)成及元素成分,有機(jī)材料的性能可以在很大的程度上進(jìn)行調(diào)整,也就更有機(jī)會充分接近實(shí)際應(yīng)用的要求。下圖為成為有機(jī)半導(dǎo)體激光器對于有機(jī)分子材料來說必須的分子結(jié)構(gòu)即 鍵結(jié)構(gòu)(以碳分子為例)
常見的小分子型有機(jī)半導(dǎo)體材料有并五苯、三苯基胺、富勒烯、酞菁、苝衍生物和花菁等。下圖是這幾種小分子型有機(jī)半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu):
其中,(1)為并五苯型,(2)三苯基胺類,(3)富勒烯,(4)酞菁,(5)苝衍生物和(6)花菁類。
常見的高分子型有機(jī)半導(dǎo)體材料則主要包括聚乙炔型、聚芳環(huán)型和共聚物型幾大類,其中聚芳環(huán)型又包括聚苯、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯等類型。
其中,(1)聚乙炔型,(2)聚芳環(huán)型,(3)共聚物型。
有機(jī)半導(dǎo)體材料還是一種新型的固體激光材料,其發(fā)光波長范圍可以從藍(lán)光到近紅外。有機(jī)半導(dǎo)體材料已經(jīng)在顯示器,光盤,有機(jī)發(fā)光二極管,傳感器等領(lǐng)域有所應(yīng)用,這讓我們看到了,有機(jī)半導(dǎo)體材料在激光器中應(yīng)用的希望。
光泵浦有機(jī)半導(dǎo)體激光器件由于增益譜寬、閾值低和成本小等優(yōu)勢,其研究得到了快速發(fā)展。分布反饋式(DFB)激光器,其主要部分就是DFB內(nèi)的光柵。制作器件的光柵結(jié)構(gòu)方法有很多,如納米壓印、UV 壓花、電子束刻蝕和離子刻蝕等,但大多存在工藝復(fù)雜、靈活性差和參數(shù)可控性差等缺點(diǎn),限制了DFB 激光器的進(jìn)一步發(fā)展。為了解決這一問題,人們采用激光燒蝕方法和激光全息技術(shù)相結(jié)合,直接在MEHPPV聚合物薄膜表面燒蝕光柵結(jié)構(gòu)來制備DFB有機(jī)激光器。這一方法具有工藝簡單、光柵參數(shù)可控性和重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中,研究了一下激光的出射波長和光柵周期的關(guān)系,在光柵周期為360 ,370 ,380,390 nm 時,激光波峰分別為602. 91,609. 24,613. 26,619. 01 nm,表明通過改變光柵周期可以實(shí)現(xiàn)DFB 激光器波長的調(diào)節(jié)。這種制作有機(jī)激光器的方法還是比較實(shí)用的,在有機(jī)激光器的制造上還會有更廣闊的應(yīng)用。
英國St. Andrews 大學(xué)有機(jī)半導(dǎo)體研究中心的研究人員研制出了一種LED泵浦的可調(diào)諧可見光有機(jī)激光器,這是一種分布反饋式激光器。通過一系列的實(shí)驗(yàn),從實(shí)驗(yàn)結(jié)果上來看,研究人員認(rèn)為568 nm的主峰對應(yīng)于TE0模式, 而556 nm對應(yīng)于TM0模式。在有機(jī)激光器工作的1 h時間內(nèi), 研究人員沒有觀察到激光輸出功率的衰減。美國Princeton 大學(xué)的V. Bulovic 等人研制出光泵浦紅光有機(jī)半導(dǎo)體激光器, Princeton 大學(xué)的V. G.Kozlov 等人選擇CBP[ 4 - 雙(N - 咔唑) 聯(lián)苯]為主體材料, PRL [ 北(peryene) ] 為摻雜劑 , CBP :PRL 作為光泵浦藍(lán)光OSL 的有源層,研制光泵浦藍(lán)光激光器。英國劍橋大學(xué)的R. H. Friend 研究小組的研究人員首次觀測到聚苯乙炔(PPV) 的激光現(xiàn)象,做出了光泵浦綠光PPV OSL。
雖然已經(jīng)對于有機(jī)半導(dǎo)體激光器的一些研究有了一定的成果,即有機(jī)染料激光器可以應(yīng)用,但是在實(shí)際應(yīng)用中還有許多的地方亟待改進(jìn),光泵浦的有機(jī)激光器已經(jīng)面世,電泵浦的有機(jī)激光器還在研制中。有機(jī)半導(dǎo)體激光器還在理論研究中,相信在不久的將來一定會有成型的產(chǎn)品推入市場。
有機(jī)激光器的發(fā)展前景展望
有機(jī)光泵浦半導(dǎo)體激光器雖然已經(jīng)面世,但是尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段,沒有實(shí)際的應(yīng)用,有機(jī)電泵浦激光器還沒有成型的產(chǎn)品,未到應(yīng)用階段。但是,有機(jī)染料激光器相對于其他的無機(jī)激光器,有很多的優(yōu)點(diǎn),所以它的應(yīng)用前景很廣泛。
有機(jī)激光器的發(fā)光的波長范圍幾乎涵蓋了整個可見光波段,所以在一些需要準(zhǔn)直,相干光亦或是裝飾品等方面有著大量的應(yīng)用潛力。我們可以展望一下,他們可能的應(yīng)用方向。光泵浦藍(lán)光有機(jī)半導(dǎo)體激光器,在光存貯應(yīng)用和彩色下轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。有機(jī)激光器制作簡單、成本低廉、集成方便等優(yōu)點(diǎn), 在安全檢驗(yàn)、探測、光譜、軍事和醫(yī)療診斷等方面有很大的應(yīng)用潛力。并且它作為一種新型激光光源,在集成光電子、信息顯示和通信和傳感器等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用前景。
轉(zhuǎn)載請注明出處。