具有有序微纳结构的聚合物DFB激光器的研究

Recently, light emitting polymer matreials have been considered attractive as a new generation gain media for laser due to broad gain range, tunable output wavelength and simple fabrication processing. However, the intrinsic microstructures in this conjugated polymer are almost random and complicated, so that the high optical dissipation in the distributed feedback structure will be induced. Hence, the development of this kind laser is confined for its lower optical gain and higher threshold. Here nanoimprint lithography is applied to fabricate the distributed feedback structure of gain media in organic polymer laser and introduce the confinement to regulate and control the microstructure inside the polymer, especially, the condensed structure and the organic molecule chains' orientation. Based on that, lower optical dissipation of the organic polymer laser will be realised and its performance will be optimized. In the long term, the foundation of electrical pumped polymer laser will be layed.

近年来，有机发光高分子因为其易于加工，成本较低，波长可调谐等优点，作为新型的激光增益介质受到人们的重视。但是由于此类共轭聚合物内部杂乱无章的复杂微结构在分布反馈式结构中产生了很高的光学耗散，使得此类激光器阈值较高，激光效率较低，从而限制了有机聚合物激光器的发展。本项目拟利用纳米压印技术来制备有机聚合物激光器中增益介质的分布反馈式微纳结构，同时利用纳米压印过程调控聚合物微纳结构内部材料的凝聚态结构，尤其是分子链取向的特点，力图降低有机聚合物激光器的光学损耗，实现性能的优化，为电泵浦聚合物激光器的实现奠定基础。

近年来，有机发光高分子因为其易于加工，成本较低，波长可调谐等优点，作为新型的激光增益介质受到人们的重视。但是由于此类共轭聚合物内部杂乱无章的复杂微结构在分布反馈式结构中产生了很高的光学耗散，使得此类激光器阈值较高，激光效率较低，从而限制了有机聚合物激光器的发展。.本项目利用纳米压印技术来制备有机聚合物激光器中增益介质的分布反馈式微纳结构，同时利用纳米压印过程调控聚合物微纳结构内部材料的凝聚态结构，尤其是分子链取向的特点，降低了有机聚合物激光器的光学损耗，实现性能的优化。归纳本项目的研究重点，具体进展如下：.（1）利用电子束曝光机，稳定精确地制备出了各种结构的模板，提供微纳受限环境；通过改变受限尺寸，可以有效实现高分子共轭聚合物链段的取向，而且其取向程度和偏振发光强度有强关联性。.（2）本项目针对共轭高分子PFO的分子链取向程度进行了深入的研究，发现共轭高分子PFO的分子链对微纳结构模板所提供受限空间的横向和纵向受限尺寸都对有明显的响应。当空间横向受限尺寸和PFO晶粒尺寸匹配时，高分子体现为拟态复生结晶行为，横向尺寸越小，得到的薄膜中高分子链段的有序度越高；当受限尺寸达到PFO晶粒尺寸以下时，微纳结构模板对共轭高分子PFO薄膜的纵向限制越充分，高分子链段的有序度也会越高。共轭高分子链段有序度的提高有利于载流子迁移率的提升，对应了PLED发光阈值的下降。.（3）本项目针对共轭高分子F8BT，利用纳米压印构筑取向化的DFB有机激光器，当受限尺寸和晶粒尺寸匹配时，F8BT的分子链可以得到有效的取向，从而实现连续激光对此高分子激光增益介质的泵浦，且激光泵浦阈值可降至40W/cm2，较同类的有机激光器，泵浦阈值实现明显的下降。.（4）本项目为寻求未来电泵浦激光的可能性，在研究分子链取向控制的同时，从电极的图案化控制上进行摸索。研究发现图案化的PEDOT：PSS可增加接触面积，缩短迁移路径，从而有效的提高载流子迁移率。.在本项目执行期间发表期刊论文8篇，申请国家发明专利1项。共培养硕士研究生1名，博士研究生2名，其中有1名硕士研究生和1名博士研究生已经毕业。