[发明专利]一种可用于有机电泵浦激光的有机单晶微米带及其制备方法和应用

说明书

本发明属于有机微纳光子学技术领域，具体涉及一种可用于有机电泵浦激光的有机单晶微米带及其制备方法和应用。本发明提供的有机单晶微米带具有规整的形貌和光滑的表面，使得微米带可作为高质量的光学微腔，为激子－光子强耦合从而生成激子极化激元提供必要的光子限域。所述单晶微米带中首次实现了无需外加腔结构的激元激光，并且阐述了利用激子极化激元的流动实现可控激元激光输出的光子学功能。所述器件结构尺寸小，低维结构还有利于信号传输，可以用于集成光子学回路。所述有机单晶微米带的制备方法，所述方法成本低廉，方法简单，对环境友好，可以大规模制备。

技术领域

本发明属于有机微纳激光技术领域，具体涉及一种可用于有机电泵浦激光的有机单晶微米带及其制备方法和应用。

背景技术

由于有机材料在电注入下激子损耗大，载流子迁移率低，导致粒子数反转难以发生，有机电泵浦激光的实现和发展一直受到阻碍。激子极化激元的玻色-爱因斯坦凝聚态能在无需粒子数反转条件下发射出相干光子，所以被称为激元激光。激元激光阈值极低甚至无阈值，在实现有机电泵浦激光方面具有巨大的潜力。然而，目前有机材料玻色－爱因斯坦凝聚的实现都需要外加基于分布式布拉格反射镜的平面二维腔结构，这种结构反射镜制备过程中可能对有机材料造成损坏，反射镜的存在使得器件难以加电极，阻碍了电泵浦激光的实现。而且它们器件结构大，不利于与其它元件集成和兼容，严重限制了其在集成光子学回路中的实际应用。因此，发展无需外加腔的小型化器件结构使之能实现基于有机材料的室温激子极化激元的玻色－爱因斯坦凝聚态对于构筑有机电泵浦激光器是非常必要的。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明提供一种可用于有机电泵浦激光的有机单晶微米带及其制备方法和应用。

激子极化激元的形成需要在微腔结构中发生激子－光子的强耦合。发明人发现，具有规整形貌的微纳结构由于折射率差异可自身充当光学微腔，这为构筑可实现室温下小型化的激元激光器，提高器件的兼容性和可集成性提供了可能。然而，微纳自成腔结构一般品质因子较低，损耗较大，这阻止了激元激光的产生。本申请的发明人出人意料地发现具有高的光学跃迁机率的有机材料分子可以提高微纳自成腔中的激子密度从而弥补低的腔品质因子，有可能在无需外加腔的微纳结构中实现室温激元激光。另一方面，将有机分子组装成单晶材料更加有利于这一目标，因为单晶结构中大量分子有序堆积，能够提供高密度的具有相同跃迁偶极矩方向的激子，这能有效增强激子－光子的强耦合。同时，单晶材料中缺陷少，因此非辐射损耗小，也更有利于实现激元激光。基于上述的思路，我们完成了本发明。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种有机单晶微米带，所述有机单晶微米带呈带状结构，其是由有机分子组装的，所述有机分子为具有大跃迁偶极矩和小Stokes位移的高光学增益激光染料分子。

根据本发明的实施方案，所述大跃迁偶极矩为5-15D，例如为9D。

根据本发明的实施方案，所述小Stokes位移为5-20nm，例如为10nm。

根据本发明的实施方案，所述有机单晶微米带具有平整光滑的侧边。

根据本发明的实施方案，所述有机单晶微米带可以提供光限域。

根据本发明的实施方案，所述有机单晶微米带中发生激子－光子强耦合，生成激子极化激元，并且发生了激子极化激元的玻色－爱因斯坦凝聚，产生了激元激光。

根据本发明的实施方案，所述有机分子采取J-聚集排列，分子的排布方向均为长轴与有机单晶微米带长轴平行。

根据本发明的实施方案，所述有机分子选自有机染料分子。

根据本发明的实施方案，所述有机染料分子为式(1)所示：