基於金屬光子晶體的有機半導體雷射發射特性研究

《基於金屬光子晶體的有機半導體雷射發射特性研究》是依託北京工業大學，由張新平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於金屬光子晶體的有機半導體雷射發射特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張新平
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

本項目依據在分散式反饋有機半導體雷射器方面取得的最新進展，特別是首次利用金屬納米結構等粒子激元反饋機制實現了有機半導體隨機雷射器，開發以大面積金屬光子晶體為核心結構形式新型納米製造技術，利用超快雷射時間分辨光譜學深入研究等離子激元及其與有機半導體分子、激子和電荷相互作用的光物理學過程，進一步構造基於金屬光子晶體中等離子激元-微腔結構反饋機制的有機半導體發光和雷射器件。系統研究等離子激元在有機半導體光致、電致發光過程中不同的光電子學作用，實現基於金屬光子晶體的光泵浦有機半導體雷射器，獲得基於金屬光子晶體的有機電致發光器件的窄線寬、定向發射，並進一步研究其雷射發射特性。.本項目首次將金屬光子晶體的納米電極功能、等離子激元和微腔反饋機制集成套用於有機光電子器件的研製，旨在取得電泵浦有機半導體雷射發射方面的突破性進展。

結題摘要

電泵浦有機半導體雷射器至今尚未實現。本項目針對這一挑戰性科學問題，開展了以下工作：大面積金屬光子晶體的製備、光物理學特性研究；等離激元光學反饋機制研究及其在隨機雷射發射中的套用；基於金屬光子晶體DFB微腔的光泵浦有機半導體雷射器件研究；基於金屬光子晶體的電致發光器件研究，獲得窄線寬、定向發射，進一步研究電泵浦雷射發射特性。 在大面積金屬光子晶體製備方面：利用金納米顆粒合成技術和雷射干涉灼蝕直寫結合熱處理工藝，針對等離子激元、反饋微腔和納米電極等多重功能，製備了多種形式的高質量金屬光子晶體結構。 在金屬光子晶體中等離子激元局域場和光散射增強效應、分散式反饋機制的定量表征方面：採用瞬態光譜學，包括飛秒雷射泵浦探測和瞬態螢光光譜學，研究了等離激元光散射和局域場增強的分布、作用尺度、時間壽命等及其隨金屬光子晶體結構參數的變化規律。實際測量確定了DFB反饋微腔的有效長度。 在基於金屬光子晶體DFB微腔結構的光泵浦有機半導體雷射器的設計及其雷射發射特性研究方面：利用高分子半導體材料F8BT和基於金光柵結構的DFB微腔，系統研究了不同形式的F8BT薄膜對雷射發射閾值的影響,獲得了降低閾值的有效途徑。這對於獲得高效光泵有機半導體雷射器和可能的電泵浦雷射發射至關重要。 在基於金屬光子晶體微腔結構的電致發光器件、電泵浦有機半導體雷射發射特性研究方面利用金屬光子晶體電極結構構建了有機半導體F8BT電致發光器件，實現等離子激元和反饋微腔結構的物理機制，研究了電致發光器件的窄帶發射和選擇性放大特性。 總之，本項目利用飛秒雷射泵浦探測技術，研究了等離激元和分布反饋微腔中光學增益的動力學過程，發現了激發複合體的受激發射，特別是首次實現了基於DFB微腔的注入鎖定放大器。利用金屬光子晶體實現了光泵浦有機半導體DFB雷射器。進一步利用金屬光子晶體構造有機電致發光器件，獲得了窄線寬、定向螢光發射。較圓滿完成了預期目標。