新型电泵浦有机蓝光微腔激光器件及特性研究

The organic semiconductor lasers (OSL) easily and other optoelectronic devices are integrated together, the blue microcavity laser device in laser display and high capacity optical disc and others have wide application especially. In this program, the organic blue laser devices and characteristics with electrically pumped and multilayer gain medium and one-dimensional photonic crystal microcavity will be studied. In order to improve the luminous efficiency of organic lasers, we will use a multilayer gain medium and a photonic crystal microcavity. Also in order to improve the mobility of electrons and holes and maintaining the electron and hole mobility basic balance, some of the active metal, metal oxide, nanometer graphene, graphene oxides will be doped. The multi-layer laser gain medium of organic laser will use poly fluorene derivatives and related organic materials. The relationship of the microcavity structure, an electron transport layer, molecular structure of organic materials, pumping voltage with the laser quantum efficiency, model and threshold and the width of spectral line of the lasers will be studied. The high efficiency electric pumped photonic-crystal microcavity organic blue laser devices would have been prepared.

有机半导体激光器（OSL）容易与其他光电子器件集成在一起,尤其是蓝光微腔激光器件在激光信息显示和高容量光盘等方面有广泛的应用。本课题拟进行电泵浦的多层增益介质和由一维光子晶体构成微谐振腔的有机蓝光激光器件及特性研究。以光子晶体作为微腔，通过采用多层增益介质、掺杂一些活泼金属、金属氧化物、纳米石墨烯、氧化石墨烯等措施来提高电子和空穴的迁移率，使电子和空穴的迁移率基本平衡，提高有机激光的发光效率；以聚芴类衍生物及相关有机材料作为激光多层增益介质。研究微腔结构、电子传输层、有机材料的分子结构、时间特性、泵浦电压与激光的量子效率、模式、阈值、谱线宽度等之间的关系；重点研究多层增益介质、掺杂等方式提高电子和空穴的迁移率进而提高激光量子效率、以及光子晶体微谐振腔的设计和制备、电子传输层、增益介质与激光发射特性的关系。制备出具有高效率的电泵浦光子晶体微腔有机蓝光激光器件。

该项目研究了电泵浦的有机蓝光微腔激光器件及其特性，研究内容包括一维光子晶体反射镜和超薄透明导电薄膜、有机蓝光电致发光器件及有机微腔激光器的制备及性能研究。探索了采用表面等离子体增强、掺杂活泼金属、选择合适的空穴阻挡层材料、双空穴传输层等方式提高电子空穴的迁移率，使电子和空穴基本平衡，提高有机激光的发光效率；研究了微腔结构、有机材料的分子结构、时间特性、泵浦电压与激光的阈值、谱线宽度之间的关系。研究结果如下：通过改变制备条件，最终制备出了中心波长为450nm，带宽27nm的窄带一维光子晶体反射镜，其反射率达到了99%；制备电阻率6.89×10-4欧姆•厘米，厚度仅50nm的三明治型的ZnO/Au/ZnO超薄透明导电薄膜，其可见光范围内的透光率达到90%，平均粗糙度仅1.42nm。利用银铝共掺ZnS作为电子传输层制备有机发光器件，其发光效率和发光强度相对于没有电子传输层器件分别增强了420倍和130倍。通过银纳米等离子体增强效应，使的器件的发光强度提高了5.5倍。通过选择合适的有机材料和器件结构，制备出了高效蓝光OLED，其发光效率达到4.45cd/A。最终制备出结构为Glass/DBR/SiO2/BUBD-1/TOP DBR光泵浦有机半导体器件，其发射波长480nm，通过调整器件及微腔的结构，阈值降低到1.36uJ/Pluse，光谱半高宽达到3nm，制备的Glass/DBR/SiO2/ITO/BUBD-1/ZnO/ TOP DBR结构的电泵浦的光子晶体微腔激光器件，其发射波长480nm，光谱半高宽由最初的80nm窄化到25nm。该项目的研究对于促进光子晶体、超薄透明导电薄膜和电泵浦的有机蓝光微腔激光器方面的研究、应用乃至产业化都有较大的推动作用。