有機半導體激光器現(xiàn)狀

最早的有機激光器可以追溯到1964年對有機染料激光器的研究，到現(xiàn)在開始對有機半導體激光器的研究，這之中的幾十年已經(jīng)取得了不少突破性的進展。隨著社會科學技術的進一步發(fā)展，有機激光器在科學研究和眾多的社會生活領域的應用將會越來越廣泛

有機激光器的現(xiàn)狀

有機激光器最新的發(fā)展情況

有機染料激光器已經(jīng)發(fā)展了一段時間了，現(xiàn)在是應用最多的一種可調(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（因為染料濃度容易控制）、可產(chǎn)生連續(xù)波、Q開關及超短脈沖輸出等優(yōu)點逐個得到開發(fā)，并且得到廣泛的應用。染料是一種碳氫化合物。染料分子中參與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??；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。

當然，液體燃料的缺點也是顯而易見的，染料溶液的搬運和存貯都比較困難，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)相當復雜，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。

有機半導體材料的高速發(fā)展使得有機半導體的激光器的出現(xiàn)成為了可能。相對于無機材料，有機材料有最重要的優(yōu)勢是其近乎無限的可修飾性。通過改變有機分子的分子構(gòu)成及元素成分，有機材料的性能可以在很大的程度上進行調(diào)整，也就更有機會充分接近實際應用的要求。下圖為成為有機半導體激光器對于有機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半導體材料有并五苯、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半導體材料的結(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半導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。

有機半導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光到近紅外。有機半導體材料已經(jīng)在顯示器，光盤，有機發(fā)光二極管，傳感器等領域有所應用，這讓我們看到了，有機半導體材料在激光器中應用的希望。

光泵浦有機半導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，但大多存在工藝復雜、靈活性差和參數(shù)可控性差等缺點，限制了DFB 激光器的進一步發(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有機激光器。這一方法具有工藝簡單、光柵參數(shù)可控性和重復性好等優(yōu)點。實驗中，研究了一下激光的出射波長和光柵周期的關系，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現(xiàn)DFB 激光器波長的調(diào)節(jié)。這種制作有機激光器的方法還是比較實用的，在有機激光器的制造上還會有更廣闊的應用。

英國St. Andrews 大學有機半導體研究中心的研究人員研制出了一種LED泵浦的可調(diào)諧可見光有機激光器，這是一種分布反饋式激光器。通過一系列的實驗，從實驗結(jié)果上來看，研究人員認為568 nm的主峰對應于TE0模式， 而556 nm對應于TM0模式。在有機激光器工作的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 大學的V. Bulovic 等人研制出光泵浦紅光有機半導體激光器， Princeton 大學的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 作為光泵浦藍光OSL 的有源層，研制光泵浦藍光激光器。英國劍橋大學的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)對于有機半導體激光器的一些研究有了一定的成果，即有機染料激光器可以應用，但是在實際應用中還有許多的地方亟待改進，光泵浦的有機激光器已經(jīng)面世，電泵浦的有機激光器還在研制中。有機半導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。

有機激光器的發(fā)展前景展望

有機光泵浦半導體激光器雖然已經(jīng)面世，但是尚處于實驗研究階段，沒有實際的應用，有機電泵浦激光器還沒有成型的產(chǎn)品，未到應用階段。但是，有機染料激光器相對于其他的無機激光器，有很多的優(yōu)點，所以它的應用前景很廣泛。

有機激光器的發(fā)光的波長范圍幾乎涵蓋了整個可見光波段，所以在一些需要準直，相干光亦或是裝飾品等方面有著大量的應用潛力。我們可以展望一下，他們可能的應用方向。光泵浦藍光有機半導體激光器，在光存貯應用和彩色下轉(zhuǎn)換等領域有著重要的應用。有機激光器制作簡單、成本低廉、集成方便等優(yōu)點， 在安全檢驗、探測、光譜、軍事和醫(yī)療診斷等方面有很大的應用潛力。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域具有潛在應用前景。