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有机激光材料
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目录
一、激光材料背景
二、有机激光材料
三、研究现状及展望
四、总结
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激光器结构图
激光器主要包括三个部分：
1）工作物质
2）泵浦源
3）光学谐振腔
工作物质是产生激光的物质基础,是激光器的核心部分,是用来实现粒子数反转并产生受激辐射的
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工作物质包括:
固体(晶体和玻璃)
气体(原子气体、离子气体和分子气体)
液体(有机和无机液体)
半导体
工作物质一般由两部分组成：
基质材料
物理化学性质：玻璃，晶体
少量掺杂离子(激活离子) 激光介质的发光中心，其内部能级结构决定激光介质光谱特性，Nd3+，Cr3+
1960 年世界上第一台红宝石激光器问世
对于固体激光器，面临着晶体生长困难，技术要求高，价格昂贵等问题；
激光玻璃一般需在高温条件下熔制，对于不同的基质材料和不同的激光工作波段，还需要除去 OH 基和气体保护，工艺条件苛刻，生产成本高；
二氧化碳气体激光，虽然功率高，但其装置笨重庞大，给需要小型化激光器的场合带来了诸多不便。
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目前世界范围内引发了基于有机激光染料的激光器研究的热潮，而且这种有机半导体激光器的优势已经逐渐显露出来。
相比于传统的激光材料而言，有机激光材料具有以下两个特点：
（1）分子中具有共轭的 π-π*键结构，分子之间的结合依靠范德华力使得电子云的重叠部分很小，同时载流子具有高度局域化的特点，使得有机材料容易实现粒子数反转；
（2）有机材料的吸收光谱和荧光发射光谱之间存在很大的斯托克斯位移，所以分子对自己的荧光吸收系数较小，但对激发光的吸收系数 α 较大（通常 α ≥1×105cm-1），所以有机材料的受激辐射和吸收的截面都很大，材料的增益长度与吸收长度相当，表明有机材料的受激辐射相对于自发辐射占据很大优势。
依据以上两个优点，使得有机激光材料的阈值很低。
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对有机激光染料的研究主要分为有机小分子染料和聚合物两种。
常见的有机小分子染料有 DCM 及其衍生物、PBD (2-(4-biphenylyl)-5(4-tert-butyl-phenyl)-1, 3, 4-oxadiazole)等。这些小分子染料具有结构一定、便于合成与提取等优势，而且大部分小分子可以通过真空热蒸发来成膜，所得薄膜均一性和光学质量较好，但稳定性较差，不适用于柔性基板。
相对而言，聚合物通常采用旋涂、喷墨打印等溶液法成膜，制备工艺简单，造价低廉。近年来，也有通过将小分子染料溶解于聚苯乙烯、聚***丙烯酸甲酯、聚乙烯咔唑等聚合物基质中旋涂成膜来简化制备工艺。
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共轭聚合物是常用的聚合物激光材料，因为其具有很多优点：
1）作为聚合物，它可以采用旋涂法得到均一性良好的薄膜；
2）共轭聚合物作为典型的四能级体系材料，具有更容易实现粒子数反转、吸收谱线较宽、激射阈值低等优点；
3）共轭聚合物的荧光量子产率高，而且可以通过改变分子的侧链结构来改变发射峰位；
4)既可以制备在刚性衬底上，也可以制作在大面积的柔软材料上;
5)制造方便，设备简单，成本低廉；
6)不但可以实现线光束激射，还可以实现面光束激射。
目前，关注度较高的共轭聚合物为聚对苯撑乙烯（PPV）和其衍生物以及聚芴聚合物。在这些研究中，具有里程碑意义的为Heeger 课题组和 Friend 课题组在 PPV 及其衍生物中观测到的 ASE 现象，这表明 PPV 类聚合物具有成为新型激光材料的可能性。
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把染料分子溶于液态的溶剂中便是最常见的有机激光介质的构成形式。所以人们在考虑构造固体有机激光的时候, 第一个尝试便是沿用这种类似的形式。 染料分子是一种具有很高荧光量子效率的π共轭分子, 可以是中性的或者离子型
的: 典型的例子有氧杂蒽xanthenes(若丹明rho-damine和荧光黄fluorescein家族)、香豆素、嗪或pyrromethenes. 因为邻近分子间的相互作用会造成浓度对荧光的严重猝灭, 即使一种染料分子被分散在基质内发光很强, 但是只要浓度过大, 发光就会减弱, 甚至不发光. 在有机固体激光中, 为了避免将染料掺杂到固体基质内. 固态的主体可以是聚合物如***丙烯酸甲酯(PMMA)以及其衍生物, 或者玻璃以及使用溶胶凝胶法制备的有机无机混合材料。
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几种常见的有机激光材料 ：
(a) Alq3; (b) MEH