NANOSTRUCTURATION DE SURFACE POUR

LA RÉALISATION DE LASERS ORGANIQUES

Stage effectué dans le Laboratoire de Physique des Lasers de l’Université Paris 13, équipe LUMEN

Objectifs

• Réaliser un laser solide organique– Il faut une cavité efficace– Il faut un bon milieu à gain

• Problèmes :– Épaisseur du matériau organique submicronique,

donc cavités « classiques » pas adaptées– Quenching à forte concentration.

La cavité

• Structure planaire (spin-coating)Le spincoating ou centrifugation consiste à verser la solution de

polymère sur un substrat mis en rotation par une tournette. Le liquide en excès est éjecté sous l'action de la force centrifuge, et l'épaisseur du dépôt est alors fonction de la vitesse de rotation du substrat et du temps de dépôt

La cavité

• Géométrie « D.F.B (distriduted feed back)» bien adaptée

2. FVIN (4-di (4’-tert-butylbiphenyl-4-yl) amino-4’-dicyanovinylbenzene)

N

C N

C N

• DCM (4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran )

Matériaux laser

Intérêt : bonne section efficace

Problèmes : quenching empêche les fortes concentrations

Intérêt : structure géométrique 3D permet d’empêcher le quenching donc possibilité de dépôt du matériau à l’état pur

Les Carbazoles pour le bleu :

PCAP POCPODC

Matériaux laser

PLAN :

1. THÉORIE 2. TECHNOLOGIE DE

NANOSTRUCTURATION3. RÉSULTATS ET DISCUSSION4. CONCLUSION

THÉORIE

Structure énergétique des polymères

Emission Spontanée Amplifiée (A.S.E) et Rétrécissement spectral d'un film mince

de polymère

0

0 , 2

0 , 4

0 , 6

0 , 8

1

1 , 2

1 , 4

1 , 6

1 , 8

2

3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0

W a v e l e n g t h / n m

Ab

so

rba

nc

e

0

0 , 2

0 , 4

0 , 6

0 , 8

1

1 , 2

flu

ore

sc

en

ce

an

d A

SE

s

pe

ctr

a (

A.U

.)

a b s o r p t i o n

f l u o r e s c e n c e

A S E

Schéma général d'un guide planaire asymétrique d'épaisseur t

( )2

2( , ) ² ² ² ( , ) 0E x y ko nj E x y

xβ∂ + − =

∂

(où j = 1,2,3 suivant la région de l'espace )

2. Condition de guidage n2>n3>n1 et

1. Equation de propagation

3 2kon konβ< <

( ) ( )2bragg neffλ α Λ3. Relation de Bragg

TECHNOLOGIE DE NANOSTRUCTURATION

d

Principe de la gravure

Lame de Quartz

Film mince de polymère

Intensité après le masque de phase

Image 3D de la fonction intensité

RÉSULTATS ET DISCUSSION

Matériaux utilisés

• Pour l’émission rouge : – DCM : efficace mais tendance au quenching.– Fvin : pur ou en dopage.

• Pour l’émission bleue :– PCAP : durée de vie très faible.– POC et PODC : film non-uniforme en

épaisseur.

Echantillon de POC(Poly Octyl Carbazole) et de PODC

Pas d’ASE observée

Dégradation très rapide des matériaux

Banc expérimental de test A.S.E

Test A.S.E

A.S.E POUR LE PMMA/DCM (5%) A.S.E POUR LE FVIN 20%

1 . 0

0 . 8

0 . 6

0 . 4

0 . 2

0 . 0

No

rma

lize

d In

ten

sity

9 0 08 0 07 0 06 0 0W a v e l e n g t h ( n m )

0

0 , 2

0 , 4

0 , 6

0 , 8

1

1 , 2

1 , 4

1 , 6

1 , 8

2

3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0

W a v e l e n g t h / n m

Abs

orba

nce

0

0 , 2

0 , 4

0 , 6

0 , 8

1

1 , 2

fluor

esce

nce

and

ASE

sp

ectr

a (A

.U.)

a b s o r p t i o n

f l u o r e s c e n c e

A S E

A.S.E POUR LE FVIN 100% (PUR)

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

Norm

alize

d In

tens

ity

900800700600500400Wavelength (nm)

A.S.E POUR LE PCAP

Caractérisation des réseaux de Bragg

a) SUR LE PMMA (poly méthacrylate de méthyle) DOPE AVEC LE DCM POUR UNE CONCENTRATION DE 5% (polymère émettent dans le rouge)

E = 3.34 mJ/cm² temps d’exposition = 80 s pas du réseau est d’environ 1.04 μm La profondeur du réseau est d’environ 52.5 nm L'épaisseur de ce polymère est 600 nm

( ) ( )2bragg neffλ α Λ

b) SUR LE PMMA DOPE AVEC LE FVIN POUR UNE CONCENTRATION DE 20% (polymère émettant dans le rouge)

E = 3.26 mJ/cm²Pour un temps d'exposition de 80 secondes Le pas du réseau est d’environ 1.07 μmLa profondeur du réseau est d’environ 229 nmL'épaisseur de ce polymère est 600 nm

c) LE FVIN POUR UNE CONCENTRATION DE 100% (Pur) (polymère émettant dans le rouge)

E = 3.26 mJ/cm² Pour un temps d'exposition de 80 secondes Le pas du réseau est d’environ 1.07 μm La profondeur du réseau est d’environ 383 nm L'épaisseur de ce polymère est 600 nm

d) SUR LE PCAP (polymère émettent dans le bleu)

E = 3 mJ/cm²Temps d'exposition au laser excimère 80sec

Le pas du réseau est d'environ 249 nmLa profondeur du réseau est d'environ 94 nm

Effet Laser LASER MONOMODE AVEC LE PMMA/DCM 5%

LASER MONOMODE AVEC LE PMMA/FVIN 20%

LASER MONOMODE AVEC LE FVIN 100% (PUR)

CONCLUSION