Thin film organic lasers with polymeric resonators
- Autores: Víctor Bonal Díaz
- Directores de la Tesis: María Ángeles Díaz García (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat d'Alacant / Universidad de Alicante ( España ) en 2022
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Cabanillas González (presid.), Inmaculada Pascual Villalobos (secret.), Guglielmo Lanzan (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia de Materiales por la Universidad de Alicante
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RUA
- Resumen
- español
Los láseres con realimentación distribuida (DFB) son unos de los láseres de película delgada más estudiados ya que son económicos, compactos y puedes ser fácilmente integrados en otros dispositivos. Además, son útiles para un gran número de aplicacio- nes, como espectroscopía, comunicaciones ´ópticas o sensores. Un láser orgánico DFB consiste en una capa activa orgánica depositada sobre una red de difracción grabada en un sustrato inorgánico (configuración estándar), pero puede presentar distintas ar- quitecturas dependiendo de la posición de la red y de los materiales con los que esté fabricada. En este trabajo se estudia una arquitectura láser DFB con un resonador polimérico depositado sobre la capa activa. Esta arquitectura ofrece ciertas ventajas frente a las configuraciones más habituales. Este tipo de dispositivos son sencillos de fabricar, ya que las dos capas se pueden preparar a través de disolución, su capa activa presenta un espesor uniforme y el periodo de la red de difracci´on se puede ajustar fácilmente para cada caso debido a su fabricación mediante litografía holográfica.
En esta tesis, la optimización de los láseres DFB se ha logrado mediante dos vías distintas: mediante la optimización del resonador mediante el control de sus paráme- tros geométricos y de fabricación y mediante el diseño y fabricación de láseres DFB optimizados para nuevas moléculas orgánicas que se han utilizado como material ac- tivo. El primer paso en la optimización del resonador fue un estudio sistemático del efecto de los parámetros de fabricación en las características de emisión finales de los dispositivos. Después, se analizó la capacidad del material de fabricación de las redes (gelatina dicromatada, DCG) para ser utilizado en láseres que emiten en la parte ba- ja del espectro visible. Por ´último, se comparó la arquitectura con el resonador sobre la capa activa frente a la configuración estándar bajo variables no consideradas ante- riormente para comprobar la mejora de su rendimiento, como el uso de un material activo en altas concentraciones que modifica el ´índice de refracción de la capa activa.
Además, el proceso de fabricación fue mejorado mediante el estudio e implementación de un nuevo método espectrofotométrico para medir el espesor y el ´índice de refrac- ción de capas delgadas poliméricas, que conllevó una optimización de los dispositivos fabricador. Una vez optimizado el resonador, se fabricaron láseres DFB y se adaptaron a diferentes materiales activos. Se estudiaron diversas familias de nuevos compuestos, con emisiones desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano.
- English
Distributed feedback lasers (DFB) are some of the most studied thin film organic lasers, as they are cost-efficient, compact, and can be easily integrated with other devices. Besides, they are useful for a wide range of applications, such as spectroscopy, optical communications, and sensing. An organic DFB laser typically consists of an organic active thin film deposited over a relief grating engraved in an inorganic substrate (standard configuration), but it can present different architectures depending on the position of the resonator and the materials used for its fabrication. Here, a DFB laser architecture with a polymeric resonator deposited on top of the active film is studied. This architecture offers several advantages over the standard one. The device is easier to fabricate, as both films are organic and solution- processable, the active film presents a uniform thickness, and the grating period can be easily adjusted for each case as it is fabricated using holographic lithography. In this thesis, the optimization of DFB lasers based on polymeric diffractive resonators located on top of the active films has been achieved following two different goals: the resonator optimization through the control of the fabrication and the geometrical parameters; and the design and fabrication of optimized DFB lasers for new organic molecules to be used as active materials. The first step in the resonator optimization was to perform a systematic study of the effect of the fabrication process parameters on the final resonator characteristics in devices emitting in the visible, analyzing the influence of these parameters on the final DFB lasers emission properties. After that, the capability of the material used for the grating fabrication (dichromated gelatin, DCG) to form part of DFB lasers emitting at lower wavelengths (blue and deep-blue) was examined. Lastly, the DFB laser architecture with the resonator on top of the active film was compared to the standard configuration under variables not considered yet (such as the use of a dye which can be doped at high concentrations into the matrix, thus providing a way to change the refractive index of the active film) to prove its enhanced performance. Additionally, the whole fabrication process was upgraded with the study an implementation of a simple spectrophotometric method to measure the thickness and refractive index of polymeric thin films, which allows a better overall optimization of the devices. After the resonator optimization was fulfilled, DFB laser devices were fabricated and adapted to suit different active materials. Various families of novel compounds have been investigated with emissions from the UV to the NIR.
- español
