Тема: Исследование особенностей генерации излучения в пленках на основе полимеров допированных органическими соединениями при фотовозбуждении.

В настоящее время оптические устройства, в которых рабочим веществом являются органические соединения, находят широкое и разнообразное применение в научных исследованиях и технических приложениях. Уникальными свойствами органических материалов является их широкий спектр фотолюминесценции, перестройка лазерной длины волны в широком диапазоне спектра, дешевизна активных сред - органические материалы могут быть внесены в формы тонких пленок недорогими методами.
Лазеры на красителях - это тип лазеров, которые позволяют осуществлять плавную перестройку длины волны генерации в широких пределах (несколько десятков нм). Обычно грубая перестройка частоты в лазерах на красителях осуществляется путем соответствующего выбора активной среды и составляет 1030 нм. Более тонкую перестройку частоты генерации можно получить при использовании резонатора, в который помещены дополнительные селекторы (призмы, дифракционные решетки и т.п.), что позволяет получить узкие линии, перестраиваемые в пределах контура усиления красителя.
Первоначально активной средой лазеров на красителях были растворы органических красителей, что приносило значительные неудобства при эксплуатации. В настоящее время, благодаря усилиям химиков и физиков, создаются тонкопленочные активные среды перестраиваемых лазеров с параметрами, не уступающими параметрам растворов.
Первые органические твердотельные лазеры на красителях были продемонстрированы в 60-х годах [1]. Главной проблемой таких лазеров стала фотостабильность. Твердотельные лазеры на красителях не могут быть электрически накачены, существует предельная концентрация красителя, который может быть введен в матрицу из-за молекулярного взаимодействия, приводящего к тушению флуоресценции. В следствие, развитие органических твердотельных лазеров было приостановлено. В 1996 г. внимание исследователей снова обратилось к данной области, благодаря открытию стимулированного излучения в полупроводниковых полимерных пленках. С тех пор исследовано много полупроводниковых материалов: малые молекулы, олигомеры, дендримеры и полимеры; в устройствах с различными типами строения, таких как микрорезонаторы, лазеры с распределенной обратной связью и т.д. Тонкопленочные лазеры помогут решить некоторые из вышеупомянутых проблем. Во-первых, для полимерных пленок нет ограничений по концентрации активного вещества. Во-вторых, т.к. активные вещества - полупроводники, появляется возможность электрической накачки. Но электрически накачиваемые органические лазеры до сих пор не созданы.
Создание спектрально перестраиваемого в широком диапазоне длин волн лазерного источника, имеющего малые габариты и энергопотребление, является актуальной проблемой современной квантовой электроники. Интенсивные исследования по данной теме проводятся в Англии, Испании, США, Германии, Японии, Франции и др. странах. Ведущая роль в создании твердотельных лазерных материалов принадлежит группе A. Costela (Испания), а в создании тонкопленочных лазерных материалов группам японских ученых.
Фотовозбуждаемые органические полупроводниковые лазеры занимают собственную нишу в квантовой электронике. Они могут быть использованы в спектроскопии, где нет потребности в высоких мощностях, а нужна перестройка частоты в широком диапазоне и короткие импульсы. Из-за простоты процесса изготовления органические источники привлекательны для интеграции в миниатюрные спектроскопические системы. Также, органические лазеры являются потенциально полезными для исследования химического состава веществ. Интересным достижением стало обнаружение тротила (ТНТ) с помощью сопряженных полимерных пленок. Сопряженные полимеры могут быть использованы аналогичным образом для обнаружения специфических последовательностей ДНК или ионов металлов. Органические полупроводниковые лазеры могут найти применение в коммуникационных сетях, например для коротких сетей в автомобиле или домашних системах на полимерных волокнах [1].
Целью работы является создание фотовозбуждаемой тонкопленочной лазерно-активной среды на основе органических соединений.
Исследование параметров вынужденного излучения фотовозбуждаемых органических полупроводниковых лазеров позволит прогнозировать перспективу использования исследуемых органических молекулярных структур при создании на их основе инжекционного лазера.
Для реализации цели были поставлены следующие задачи:
1) Анализ научно-технической литературы по органическим тонкопленочным лазерам, изучение физических и технических принципов их создания.
2) Ознакомление с объектами исследования, сборка установки.
3) Освоение технологии создания органических тонкопленочных структур.
4) Освоение методики исследования спектрально-люминесцентных свойств органических полимеров в тонких пленках, а также генерации вынужденного излучения.
Выбор объектов исследования:
Выбраны органические соединения, эффективно излучающие спонтанное и вынужденное излучение в растворах и тонких пленках: антрацены. Выбор обусловлен следующими соображениями: антрацены имеют хорошую растворимость в ряде органических растворителей (ТГФ, хлороформе, циклогексане); квантовый выход флуоресценции (4 %), что достаточно для получения генерации; получены пленки с хорошим оптическим качеством; получена высокая эффективность преобразования излучения накачки при возбуждении в длинноволновую полосу поглощения (Хфл = 400-500 нм). Все вышесказанное позволяет использовать его как тестовый объект для создания активных сред для тонкоплёночных лазеров.

Купить

Проведен литературный обзор, содержащий подробную информацию о лазерах на органических красителях, органических полупроводниках, лазерных резонаторах, а так же на тему о предпосылках создания инжекционного органического полупроводникового лазера.
Исследованы генерационные характеристики созданных тонкопленочных структур при накачке Nd3+:YAG-лазером. Получена генерация в пленках антрацена на длинах волн 470 нм (излучение в синей области спектра), и 470 нм.
Установлено, что полученные в работе результаты для тонких пленок, существенно зависят от наличия ПВО эффекта, который в свою очередь зависит от наличия адгезивного слоя.
Купить