有機(jī)半導(dǎo)體激光器現(xiàn)狀

最早的有機(jī)激光器可以追溯到1964年對(duì)有機(jī)染料激光器的研究，到現(xiàn)在開始對(duì)有機(jī)半導(dǎo)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(jìn)展。隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，有機(jī)激光器在科學(xué)研究和眾多的社會(huì)生活領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛

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(shí)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?、可產(chǎn)生連續(xù)波、Q開關(guān)及超短脈沖輸出等優(yōu)點(diǎn)逐個(gè)得到開發(fā)，并且得到廣泛的應(yīng)用。染料是一種碳?xì)浠衔?。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(jī)染料激光器起步較早，相對(duì)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(zhǎng)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?。蛔V線帶寬窄； 某兩種染料混合可以輸出新的波長(zhǎng)；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(jià)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(dòng)，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(duì)于無機(jī)材料，有機(jī)材料有最重要的優(yōu)勢(shì)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(huì)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(duì)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(zhǎng)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(shì)，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(jiǎn)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(zhǎng)和光柵周期的關(guān)系，在光柵周期為360 ，370 ，380，390 nm 時(shí)，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(zhǎng)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(huì)有更廣闊的應(yīng)用。

英國(guó)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(duì)應(yīng)于TE0模式， 而556 nm對(duì)應(yīng)于TM0模式。在有機(jī)激光器工作的1 h時(shí)間內(nèi)， 研究人員沒有觀察到激光輸出功率的衰減。美國(guó)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(guó)劍橋大學(xué)的R. H. Friend 研究小組的研究人員首次觀測(cè)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(duì)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(huì)有成型的產(chǎn)品推入市場(chǎng)。

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(duì)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(zhǎng)范圍幾乎涵蓋了整個(gè)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(jiǎn)單、成本低廉、集成方便等優(yōu)點(diǎn)， 在安全檢驗(yàn)、探測(cè)、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。