CdSe/ZnS量子点掺杂聚合物的随机激光研究

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与传统激光器相比,随机激光有类似的工作原理,但是激光模式是由多重散射决定的,不需要额外的光学谐振腔。多重散射增加了光子在增益介质中的光程,当某一模式下光子的增益大于损耗时,就实现了随机激光出射。I型核-壳结构的CdSe/ZnS量子点(QDs)使用ZnS壳对CdSe核量子点进行无机钝化,提高了其光学性能和光化学稳定性。聚合物作为一种功能材料,通常将增益介质掺杂在聚合物材料中,从而形成波导结构。CdSe/ZnS量子点掺杂聚合物有利于具有实现低激光阈值、高色纯度和良好的环境稳定性的随机激光出射。
  本文基于CdSe/ZnS量子点掺杂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 和聚二甲基硅氧烷(PDMS),分别研究了 A g纳米岛的表面等离子体共振对随机激光的增强效应,以及SiO2锚定CdSe/ZnS量子点柔性随机激光器的激光特性。
  基于金属纳米粒子的表面等离子体共振效应,研究了基于表面等离子体增强的CdSe/ZnS量子点掺杂PMMA随机激光特性。首先在未引入Ag纳米岛结构的体系中,样品出射光谱中没有观测到明显的分立尖峰,而只观测到放大自发辐射(ASE)现象,光谱的半高全宽(FWHM)约为10nm,阈值约为2.0mJ/cm2。当在体系中引入Ag纳米岛结构后,样品出射光谱上可以观测到FWHM约为0.2nm的随机激光现象。并且,由于 A g纳米岛的表面等离子体共振效应和PMMA有源波导层的光限制效应的存在,随机激光的阈值被进一步降低,约为1.6 mJ/cm2。通过改变体系中A g纳米岛结构的分布密度,进一步确定了 Ag纳米岛的表面等离子体共振效应对随机激光出射的影响。Ag纳米岛分布密度的改变可以调节随机激光的出射强度和振荡模式,这为设计可调谐随机激光提供了思路。最后,通过改变样品的泵浦条纹长度,确定了随机激光出射存在一个临界泵浦面积,并且研究了随机激光出射的稳定性,在进行了 1.4*105个激光脉冲泵浦后,随机激光的出射强度仅下降初始强度的20%,FWHM仍然小于1nm。
  研究了基于SiO2锚定的CdSe/ZnS量子点掺杂PDMS随机激光特性。制备了 SiO2-QDs复合纳米体系,很好地避免了因量子点团簇而带来的斯塔克效应和荧光猝灭现象,从而使得量子点的发光效率不会被降低。通过改变体系中SiO2微球的浓度,确定了当SiO2 微球的浓度为1.2 m g/m L时,出射随机激光有最低的阈值,约为1.2 mJ/cm2。随后,探究了 SiO2微球的粒径大小对随机激光出射的影响,确定了当SiO2微球的粒径大小为550 n m时,体系的反馈深度最强。接下来,在已经确定的最佳SiO2微球的浓度和粒径大小的条件下,通过改变泵浦条纹的长度,可以调节随机激光出射的峰值波长以及模式数量;研究了随机激光出射的角度依赖性,发现随机激光的出射被强烈的限制在±10°的角度范围内。最后,探究了对PDMS薄膜拉伸下随机激光出射模式的可调控性。由于PDMS薄膜的易弯曲和延展性,这种随机激光器在集成光学、微纳光电子学、显示成像和可穿戴设备等方面有潜在的应用价值。
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