MEH-PPV聚合物薄膜的放大自发发射特性

【作者】 高瑞； 侯延冰； 于丹； 滕枫；

【机构】 北京交通大学光电子技术研究所发光与光信息技术教育部重点实验室；

【摘要】 聚合物发光材料因其具有低驱动电压、高发光效率、能实现全色发光、良好的成膜性等优点,在发光二级管、平板显示方面的应用已引起人们的极大关注。随着对聚合物材料发光性质研究的深入,人们发现许多共轭聚合物发光材料的受激发射截面很大,吸收系数也较大, 所以通过激发易于实现粒子数反转。另外,由于它们的辐射区域与吸收区域相距较远而使自吸收问题变小,因而聚合物发光材料具备了激光材料的易于实现粒子数反转和受激发射的两大特点,有望在激光器和光放大器中得到广泛应用。本文以一种常用的聚合物发光材料 MEH-PPV 作为增益介质,研究了它的放大自发发射（ASE）特性。MEH-PPV 溶液旋涂在石英基片上,形成空气—MEH-PPV 薄膜—石英非对称型波导结构,聚合物薄膜的厚度可通过控制旋涂仪的旋转速度控制。泵浦光源采用可调谐 Nd：YAG 激光器,采用柱面透镜将泵浦光束汇聚成线性光斑对样品进行激发并利用可调狭缝控制其长度。实验中通过中密度滤光片控制泵浦光强度,输出光谱信号由 CCD 光谱仪测定。对于90 nm 厚的薄膜,当泵浦强度超过4μJ/pulse 后,发生了增益窄化现象,在以626 nm 为中心处出现了光谱半高全宽 （FWHM）只有9 nm 的放大自发发射峰。随后测量了不同薄膜厚度下的 ASE 阈值,实验结果表明,随着薄膜厚度的增加,MEH-PPV 薄膜的阈值有所降低,在厚度为150 nm 时阈值为2．6μJ/pulse。分析表明这是由于较厚的薄膜吸收率较高所引起的。为进一步研究 MEH-PPV 薄膜的增益特性,测定了在相同泵浦强度（35μJ/pulse）下,不同厚度薄膜的 ASE 输出信号强度与泵浦长度的关系,并利用曲线拟和计算出增益。结果表明随着薄膜厚度的增加,其增益系数也随之增加,在厚度为150 nm 时净增益可达6．06 cm^-1。综上所述,MEH-PPV 薄膜具有明显的 ASE 特性和高增益、低阈值的特点,是一种优良的激光和光放大材料。更多还原