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有机半导体材料与无机半导体材料相比,具有独特的优越性。首先,有机半导体材料的成膜技术更简单、经济,例如,溶液旋涂技术、真空蒸镀技术、分子自组装技术等,这些简单、低成本的工艺可以制备出大面积的有机器件。其次,有机器件可以做到尺寸很小,这有利于器件的集成。几百平方微米的分布反馈式聚合物激光器件都可以被泵浦发射出激光。再次,有机半导体材料具有宽的荧光谱,目前存在的有机半导体材料的荧光谱可以覆盖整个可见光谱。最后,有机半导体器件具有非常好的柔韧性,而且质量非常轻,这可以用于弯曲的显示屏。基于以上优点,有机半导体材料目前在有机太阳能电池、有机发光二极管、随机激光器、分布反馈式有机半导体激光器中已广泛应用。有机发光二极管制成的电视、手机显示屏已经走向市场。 由于有机半导体材料优越的性能,分布反馈式有机半导体激光器成为了研究热点,同时也一直是激光领域的研究难点。目前有机半导体激光器都是光泵浦的,电泵浦方式的器件还未实现,这是阻碍其走向市场应用的重要因素。 本文设计了激光腔为复合结构的有机半导体激光器件,并研究了其激光发射特性。这为以后有机半导体激光器的集成化提供思路。创新点如下: (1)利用波导层/隔离层/波导层三明治结构激光器件可以获得双波长激光,三明治结构是用简捷的旋涂法制备的。采用紫外激光双光束干涉法制备了光刻胶光栅,在光栅上依次旋涂活性波导层F8BT、隔离层PVA、活性波导层F8BT,制备出了复合腔结构激光器件。F8BT和PVA分别充当活性波导层和隔离层材料,由于两层活性波导层在三明治结构中的环境折射率不同,器件发射双激光波长。每一激光波长受控于各自的活性波导层,不同波长与对应层的厚度和隔离层的厚度有一定关系。这意味着多波长激光器件可以通过在光栅上串联波导层/隔离层对的方式获得。 (2)实现了基于拍结构的多波长聚合物激光器件。利用紫外激光双光束干涉法在光刻胶薄膜上制备三个光栅,三个光栅方向相同、周期不同,它们相互作用形成拍结构。拍结构作为DFB腔,相当于多个光栅腔线性叠加。每一激光波长由对应光栅腔决定,这意味着不同光栅腔之间的相互影响是很微弱的。由周期为350nm,362nm和374nm三光栅形成的拍结构,其作为反馈腔的激光器件经泵浦发射三波长激光,和三光栅对应的激光峰分别558nm,565nm和569nm。三个波长的激光出射阈值分别为14.5μJ/cm2,15.0μJ/cm2和13.5μJ/cm2。这种技术对聚合物激光器的集成研究具有重要意义。