光泵浦有机半导体连续激光器的微型化制作研究

电泵浦的有机半导体激光器因为出光效率太低迄今尚未实用化，而光泵浦的有机半导体激光器需要较高的激发阈值，但普通光束的能量密度无法达到有机激光介质的激发阈值，必需采用激光器作为泵浦源，这便形成了用激光来产生激光的怪圈，并且这种缺乏实用价值的光电子系统体积太大，无法满足当今光电子产业中器件日益微型化的要求。.本项目拟将微透镜技术用于光泵浦的有机半导体连续激光器的微型化制作。泵浦源选用廉价的可长时间稳定工作的半导体发光二极管（LED）芯片阵列，在LED芯片阵列的出射表面上采用微制造技术制造并集成一个柱面功能的连续浮雕微透镜，它可将出射光聚焦成一条高辐照度的细线，在该细线区泵浦光的能量密度可达到有机半导体材料的激发阈值最终产生受激发射。与细线状的入射泵浦光相对应，有机激光器的谐振腔将设计成Si衬底上由solgel材料构成的一维DFB光栅结构，从而整个光电子系统可集成为一个Si衬底上的微小芯片。

有机半导体激光器的泵浦源可分为电泵浦和光泵浦两种。事实上电泵浦的有机半导体激光器迄今尚未实用化，因为有机半导体材料中的载流子具有的高度局域化特征决定了载流子的迁移率很低，难以实现高的注入电流密度，导致发光强度很低。而光泵浦的有机半导体激光器虽已面世，但令人遗憾的是普通光源的能量密度无法达到有机半导体材料激发阈值的要求，泵浦源还需采用另一个激光器光源，形成了用激光产生激光的怪圈。.本项目首次将微透镜技术用于光泵浦的有机半导体连续激光器的微型化制作。泵浦源选用廉价的可长时间稳定工作的半导体发光二极管（LED）芯片阵列，在LED芯片阵列的出射表面上采用微制造技术制作并集成一个柱面微透镜阵列，它可将LED阵列出射光聚焦成多条高辐照度的细线，在该亮线区泵浦光的能量密度可达到有机半导体材料的激发阈值最终产生受激发射。与细线状的入射泵浦光相对应，有机激光器的谐振腔将设计成Si或石英衬底上由solgel材料构成的一维DFB光栅结构，从而整个激光器除泵浦源外的光电子系统可集成为一个Si或石英衬底上的微小芯片。.本项目组首次成功研制出LED芯片阵列泵浦的连续有机半导体激光器原型, 发光芯片体积为8 立方毫米，输出激光波长710.7 nm，线宽为0.4 nm，输出光功率为6.74 mW，能量转换效率为4.3%，在激发阈值以上可连续工作720小时。获得国家发明专利授权4项，实用新型专利授权2项，发表被SCI检索的学术论文16篇，其中9篇发表在《Optics Letters》、《IEEE/OSA Journal of Display Technology》和《Nanoscience and Nanotechnology Letters》等国际权威杂志上。通过本项目的研究实践，培养出合格的硕士生15名，参与指导博士生2名，均已毕业。.本项目研究的完成结束了目前光泵浦有机半导体激光器领域用激光来产生激光的怪圈，并使光泵浦有机半导体激光器趋向微型化和集成化，本项目属于源头创新技术方案，具有中国人自主的知识产权。有机半导体材料通过化学修饰能实现蓝光、甚至紫光发射，使得波长比蓝光更短的微型化的DVD激光头成为可能，这种新一代的、信息储量大幅增加的紫光DVD激光头技术将能够挑战Sony公司目前的蓝光DVD激光头专利技术，甚至可能动摇Sony公司在光存储领域里的王者地位，产生难以估量的经济价值。