一种有机半导体激光产生方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种有机半导体激光产生方法及装置，所述方法包括：当有机半导体基态电子接收到电信号后，所述有机半导体基态电子激发到激发态；调控声子，通过电子与声子的直接耦合达到电荷传输态；通过电子与声子直接耦合发生单线态裂分，达到亚稳定的多激子中间态，产生粒子数反转；所述有机半导体基态电子不断从多激子中间态跃迁回基态，控制有机半导体层产生激光。本发明专利技术将单线态的多激子中间态最终转化为单线态基态，不需要系间窜越，转化效率高，通过对电声子耦合的调节，使激光的性能更加优异，可广泛应用于有机半导体激光器件领域。

An organic semiconductor laser generation method and device

The invention discloses an organic semiconductor laser generation method and device, the method includes: when the organic semiconductor ground state electron receives the electric signal, the organic semiconductor ground state electron excites to the excited state; regulates the phonon, achieves the charge transmission state through the direct coupling between the electron and the phonon; generates the singlet state split through the direct coupling between the electron and the phonon, achieves the sub stable The intermediate state of the multi exciton produces the inversion of the particle number; the ground state electrons of the organic semiconductor continuously transition from the intermediate state of the multi exciton back to the ground state, controlling the organic semiconductor layer to generate a laser. In the invention, the intermediate state of the multi excitons in the single line state is finally converted into the ground state of the single line state, without the need of inter system crossing, and the conversion efficiency is high. The laser performance is more excellent through the adjustment of the electro acoustic coupling, which can be widely used in the field of organic semiconductor laser devices.

【技术实现步骤摘要】
一种有机半导体激光产生方法及装置
本专利技术涉及有机半导体激光
，尤其涉及一种调控有机半导体单线态裂分中间态的激光产生方法及装置。
技术介绍
原子受激辐射的光称为激光，原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出；自1960年美国科学家梅曼制造的第一台红宝石激光器问世以来，激光已经应用于电子、陶瓷、机械制造、航空航天等众多的科学
有机半导体材料(导电能力介于金属和绝缘体之间)因其易成膜、柔性面积大、光电性能优异、能溶液加工等诸多特点，目前被广泛应用于激光材料领域。但有机半导体激光器通常脉宽较宽，空间质量较差，且缺乏很好的调控手段。且一般有机半导体激光器是通过单线态激发态跃迁回基态产生激光，该种方法有可能产生第一三重态，而三重态吸收会影响激光的强度。常见的有机半导体激光器的原理如图1所示，当激发态电子回到基态时，发生受激辐射，由此产生激光。而经过系间窜越得到的T1态会吸收能量产生更高能级的三重激发态，由此抑制激光。现有技术中还构建了一种铱配合物的三线态敏化剂，通过能量转移调控三线态激子，从而增强激光强度，图2为其原理图，但铱配合物制备较困难，且三线态激子转化为工作物质的S1激发态过程属于系间窜越，转化效率较低。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于：现有技术中激光器脉宽较宽、空间质量较差的问题。本专利技术提供一种有机半导体激光产生方法及装置，使得有机半导体的中间态发生粒子数反转，从而产生激光。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种有机半导体激光产生方法，其中，所述有机半导体激光产生方法包括：当有机半导体基态电子接收到电信号后，所述有机半导体基态电子激发到激发态；调控声子，通过电子与声子的直接耦合达到电荷传输态；通过电子与声子直接耦合发生单线态裂分，达到亚稳定的多激子中间态，产生粒子数反转；所述有机半导体基态电子不断从多激子中间态跃迁回基态，控制有机半导体层产生激光。所述的有机半导体激光产生方法，其中，所述通过电子与声子直接耦合发生单线态裂分，达到亚稳定的多激子中间态，产生粒子数反转具体包括：体系的哈密顿量为：H＝Hel+Hph+Hel-ph；电子哈密顿量为：Hel＝∑k|k＞Ek＜k|+∑l≠k|k＞Ekl＜l|；声子哈密顿量为：电声子耦合项为：Hel-ph＝∑k|k＞＜k|∑j(-ckjQkj)；其中，Ek为第k个电子态的能量，Ekl为第k个电子态耦合的能量，l表示第l个电子态，(Qkj，Pkj)为与第k个电子态耦合的第j个声子热浴模在相空间中的点，ωkj，ckj分别其对应的频率和耦合常数，Nb是与每个电子态耦合的热浴模的数目。所述的有机半导体激光产生方法，其中，采用经典映射理论的活化态轨线方法描述电声子耦和动力学，其中，经典映射理论的哈密顿量可写为：其中，为第k个态的布局数，Hkk为第k个态的哈密顿量矩阵元，(xkxl+pkpl)为第k个态与第l个态间的相干耦合项的布局数，Hkl为第k个态与第l个态间的相干耦合项，(x，p)，(Q，P)分别是经典电子及核自由度的坐标及动量，γ为描述有效零点能的参数，γ＝1/2，或者所述的有机半导体激光产生方法，其中，所述活化态轨线方法的运动方程为：其中，Bmk，Bml，Blk为其对应的电子系数矩阵，其中Hmk为第m个态与第k个态相耦合的哈密顿量，Hact，Pact，Qact分别为活化态的哈密顿量、核动量和坐标。所述的有机半导体激光产生方法，其中，所述活化态由如下窗口函数确定：其中，其中，Δn＝2γ为窗口宽度，η(x)为阶梯函数，为电子布局变量，Nk为量子态数，k为态指标。所述的有机半导体激光产生方法，其中，选取声子谱密度函数为德拜形式：其中，λ为重组能，ω为频率，ωc为特征频率。所述的有机半导体激光产生方法，其中，所述λ＝100meV及ωc＝180meV。所述的有机半导体激光产生方法，其中，所述多激子中间态与所述激发态之间的带隙为1.5eV-2.5eV。为实现上述目的，本专利技术还提供一种有机半导体激光产生装置，其中，所述有机半导体激光产生装置包括：从上至下依次设置的阴极、电子传输层、有机半导体薄膜层、空穴传输层、阳极和衬底；所述衬底用于支撑薄膜；所述空穴传输层和所述电子传输层分别用于控制空穴与电子在所述有机半导体薄膜层中传输；所述有机半导体薄膜层用于发生受激辐射后产生激光；所述阳极和所述阴极将空穴注入空穴传输层的最高已占轨道能级，所述阴极将电子注入电子传输层的最低未占轨道能级，所述电子传输层的电子与所述空穴传输层的空穴向所述有机半导体薄膜层迁移，当所述有机半导体薄膜层收到电信号后发生受激辐射，通过电声子耦合形成稳定的激子中间态实现粒子数反转，激子不断的从多激子中间态回到基态使得所述有机半导体薄膜层产生激光。所述的有机半导体激光产生装置，其中，所述有机半导体薄膜层为稠环芳烃类化合物。本专利技术通过电声子耦合调控有机半导体单线态裂分(singletfission，简称SF)的中间态，使得有机半导体的中间态发生粒子数反转，从而产生激光，旨在提供一种新的有机半导体激光器调控方法，以解决现有激光器脉宽较宽等有待改进的问题。附图说明图1是现有技术中激发态电子回到基态时发生受激辐射产生激光的原理示意图；图2是现有技术中通过能量转移调控三线态激子从而增强激光强度的原理示意图；图3是本专利技术有机半导体激光产生方法的较佳实施例的流程图；图4是本专利技术有机半导体激光产生方法中激光产生时粒子数反转的原理示意图；图5是本专利技术有机半导体激光产生方法中调控多激子中间体的示意图；图6是本专利技术有机半导体激光产生方法的较佳实施例中在重组能为200meV，300K时S1态、TT态、CT态随声子调控时间变化示意图；图7是本专利技术有机半导体激光产生方法的较佳实施例中在重组能为100meV,300K时S1态、TT态、CT态随声子调控时间变化示意图；图8是本专利技术有机半导体激光产生装置的较佳实施例的结构原理图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术较佳实施例所述的有机半导体激光产生方法，如图3所示，一种有机半导体激光产生方法，其中，所述有机半导体激光产生方法包括以下步骤：步骤S10、当有机半导体基态电子接收到电信号后，所述有机半导体基态电子激发到激发态；步骤S20、调控声子，通过电子与声子的直接耦合达到电荷传输态；步骤S30、通过电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机半导体激光产生方法，其特征在于，所述有机半导体激光产生方法包括：/n当有机半导体基态电子接收到电信号后，所述有机半导体基态电子激发到激发态；/n调控声子，通过电子与声子的直接耦合达到电荷传输态；/n通过电子与声子直接耦合发生单线态裂分，达到亚稳定的多激子中间态，产生粒子数反转；/n所述有机半导体基态电子不断从多激子中间态跃迁回基态，控制有机半导体层产生激光。/n

【技术特征摘要】
1.一种有机半导体激光产生方法，其特征在于，所述有机半导体激光产生方法包括：
当有机半导体基态电子接收到电信号后，所述有机半导体基态电子激发到激发态；
调控声子，通过电子与声子的直接耦合达到电荷传输态；
通过电子与声子直接耦合发生单线态裂分，达到亚稳定的多激子中间态，产生粒子数反转；
所述有机半导体基态电子不断从多激子中间态跃迁回基态，控制有机半导体层产生激光。


2.根据权利要求1所述的有机半导体激光产生方法，其特征在于，所述通过电子与声子直接耦合发生单线态裂分，达到亚稳定的多激子中间态，产生粒子数反转具体包括：
体系的哈密顿量为：
H＝Hel+Hph+Hel-ph；
电子哈密顿量为：Hel＝∑k|k>Ek<k|+∑l≠k|k>Ekl<l|；
声子哈密顿量为：
电声子耦合项为：Hel-ph＝∑k|k><k|∑j(-ckjQkj)；
其中，Ek为第k个电子态的能量，Ekl为第k个电子态耦合的能量，l表示第l个电子态，(Qkj，Pkj)为与第k个电子态耦合的第j个声子热浴模在相空间中的点，ωkj，ckj分别其对应的频率和耦合常数，Nb是与每个电子态耦合的热浴模的数目。


3.根据权利要求2所述的有机半导体激光产生方法，其特征在于，采用经典映射理论的活化态轨线方法描述电声子耦和动力学，其中，经典映射理论的哈密顿量可写为：



其中，为第k个态的布局数，Hkk为第k个态的哈密顿量矩阵元，(xkxl+pkpl)为第k个态与第l个态间的相干耦合项的布局数，Hkl为第k个态与第l个态间的相干耦合项，(x，p)，(Q，P)分别是经典电子及核自由度的坐标及动量，γ为描述有效零点能的参数，γ＝1/2，或者


4.根据权利要求3所述的有机半导体激光产生方法，其特征在于，所述活化态轨线方法的运动方程为：



其中，

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【专利技术属性】
技术研发人员：陶国华，谭云舒，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44