呂晨曦， 張 鐳， 楊 楊， 張立功， 林 杰*， 劉星元

(1. 發(fā)光學(xué)及應(yīng)用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所， 吉林 長春 130033；2. 中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049； 3. 長春軌道客車股份有限公司， 吉林 長春 130062；4. 內(nèi)蒙古民族大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院， 內(nèi)蒙古 通遼 028000)

芳香烴中位取代氟硼二吡咯的薄膜放大自發(fā)輻射穩(wěn)定性研究

呂晨曦1,2， 張 鐳3， 楊 楊4*， 張立功1， 林 杰1*， 劉星元1

(1. 發(fā)光學(xué)及應(yīng)用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所， 吉林 長春 130033；2. 中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049； 3. 長春軌道客車股份有限公司， 吉林 長春 130062；4. 內(nèi)蒙古民族大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院， 內(nèi)蒙古 通遼 028000)

對苯基、萘基和蒽基在中位取代的氟硼二吡咯(BODIPY)衍生物薄膜的放大自發(fā)輻射(ASE)性能進(jìn)行了研究，探討了影響材料ASE穩(wěn)定性的因素。首先,將3種BODIPY衍生物材料PhBOD、NaBOD和EnBOD摻入聚苯乙烯經(jīng)溶液旋涂法制備成薄膜，接下來測試了吸收光譜和熒光光譜，然后在光泵浦條件下測量了3種樣品的ASE性能，獲得了材料的ASE閾值。進(jìn)一步通過長時(shí)間泵浦、環(huán)境中長時(shí)間放置和高溫環(huán)境下泵浦等方法研究了材料的光穩(wěn)定性、ASE環(huán)境穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。最后使用Gaussian 09計(jì)算了分子基態(tài)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PhBOD、NaBOD和EnBOD薄膜的初始閾值分別為12.4，4.55，3.4 kW/cm2,其中PhBOD有較強(qiáng)的ASE穩(wěn)定性。ASE穩(wěn)定性差異可能與分子結(jié)構(gòu)的共軛程度和化學(xué)穩(wěn)定性相關(guān)。分子中各個(gè)基團(tuán)的共軛程度較大、Mulliken電荷分布對稱性較好的材料具有較好的ASE穩(wěn)定性。

氟硼二吡咯衍生物； 放大自發(fā)輻射； 穩(wěn)定性； 分子結(jié)構(gòu)

1 引 言

1996年，加利福尼亞大學(xué)圣芭芭拉分校的 Heeger小組實(shí)現(xiàn)了光泵浦固態(tài)共軛聚合物激光[1]，從此有機(jī)半導(dǎo)體在激光領(lǐng)域中廣受關(guān)注，逐漸成為一類很有希望的增益介質(zhì)[2-4]。人們發(fā)現(xiàn)，有機(jī)激光材料在寬的光譜區(qū)域表現(xiàn)出光學(xué)增益特性，有很大的受激發(fā)射截面，適用于可調(diào)諧激光器和寬光譜帶的放大器[5]。有機(jī)增益材料可以用低成本的技術(shù)條件加工，制備的器件容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化。有機(jī)激光材料最吸引人的優(yōu)勢在于制備柔性器件，良好的機(jī)械柔韌性利于制備出各種形狀的激光光源，但是在實(shí)際應(yīng)用前，還有一些問題需要解決。如大多數(shù)的有機(jī)材料受環(huán)境影響很大，溫度、氧氣和潮氣等都會影響有機(jī)材料的性能，制約了有機(jī)激光器的實(shí)際應(yīng)用。在工藝上可以對器件進(jìn)行封裝，為了確保器件工作的穩(wěn)定性，首要的目標(biāo)還是研究具備高放大自發(fā)輻射(ASE)穩(wěn)定性的材料。

人們研究出的很多種類的有機(jī)激光材料有希望實(shí)際應(yīng)用，把一些激光染料進(jìn)行共摻雜，它們表現(xiàn)出了良好的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性[6-12]。而對于如何選取目標(biāo)材料，為合成材料工作者提供設(shè)計(jì)材料的原則，這一問題尚未很好地解決。

氟硼二吡咯衍生物(BODIPYs)作為一類新型的有機(jī)激光增益材料，具有良好的光穩(wěn)定性而且能夠?qū)崿F(xiàn)商用[13-15]。本文選擇這類材料研究ASE穩(wěn)定性，并力圖發(fā)掘出與ASE穩(wěn)定性相關(guān)的因素。Sunahara等合成出了一系列BODIPYs[16]，其中有多種包含苯環(huán)部分的取代基在8取代位取代后得到的材料。我們注意到有3種材料分別是苯取代基、萘取代基和蒽取代基，這3種材料有一定的可比性，可以通過研究這3種材料的ASE穩(wěn)定性進(jìn)而一窺高ASE穩(wěn)定性材料擁有的特性。

我們把3種BODIPY材料摻入PS基質(zhì)制備成薄膜，研究了其光物理性質(zhì)、ASE性質(zhì)和ASE穩(wěn)定性。PhBOD、NaBOD和 EnBOD分別對應(yīng)苯取代基、萘取代基和蒽取代基的BODIPYs，這類薄膜具有窄的吸收帶和發(fā)射帶。結(jié)合量子化學(xué)計(jì)算的結(jié)果，討論了3種材料ASE穩(wěn)定性存在差異的原因。

2 實(shí) 驗(yàn)

將PhBOD、NaBOD和 EnBOD材料以5%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與聚苯乙烯PS混合溶解在甲苯中，采用旋涂技術(shù)將薄膜旋涂在SiO2表面，通過控制溶液濃度和旋涂速率將薄膜厚度控制在100 nm左右。薄膜的厚度由Ambios公司的臺階儀測試得到。光泵浦ASE實(shí)驗(yàn)由三倍頻Nd∶YAG激光器作為泵浦光源，激光器的激發(fā)波長為355 nm，脈寬為10 ns，重復(fù)頻率為1 Hz。使用焦距為10 cm的柱面鏡將激光器發(fā)出的點(diǎn)狀光斑會聚成1 mm×0.1 mm的條形光斑，泵浦光強(qiáng)度由中性密度衰減片調(diào)節(jié)，輸出光譜使用Ocean Optics公司生產(chǎn)的Maya2000光纖光譜儀得到，泵浦光能量由Newport公司的2936C激光能量計(jì)測量。樣品的吸收光譜采用Shimadzu UV-3101PC紫外-可見分光光度計(jì)測得，光致發(fā)光(PL)光譜采用Hitachi公司的F4500熒光光譜儀測量。襯底加熱裝置采用商用的可連續(xù)調(diào)節(jié)溫度的加熱平臺。

3 結(jié)果與討論

BODIPYs的光物理性質(zhì)受取代基所在中心基團(tuán)BODIPY的取代位置影響很大[17]。通過改變?nèi)〈奈恢?，可以改變發(fā)射光譜范圍，其光譜范圍可以實(shí)現(xiàn)從藍(lán)光區(qū)到紅光區(qū)的變化。選擇不同電學(xué)性質(zhì)的取代基并且改變其取代位置，BODIPYs可以展現(xiàn)出多種光物理性質(zhì)。張鐳等[18]已經(jīng)研究了EnBOD在甲苯溶液中的ASE性能。PhBOD、NaBOD和EnBOD 3種材料的分子結(jié)構(gòu)以及薄膜吸收光譜和熒光光譜如圖1所示。

圖1 (a) 3種BODIPY衍生物的分子結(jié)構(gòu)；(b)3種BODIPY衍生物薄膜的吸收光譜和PL光譜。

Fig.1 (a) Molecular structure of the molecules used. (b) Absorption and photoluminescence spectra of PhBOD (black line), NaBOD (red line) and EnBOD (blue line) films.

PhBOD、NaBOD和EnBOD顯示出典型的BODIPY類材料的光物理性質(zhì)，單吸收帶具有較小的光譜寬度，其熒光光譜與吸收光譜近似成鏡像。3種材料的吸收光譜在紫外區(qū)有較明顯的差異，我們認(rèn)為這是受到取代基的影響。吸收光譜展現(xiàn)出取代基的吸收特性，苯、萘和蒽分別在255，315，380 nm處存在吸收峰。PhBOD吸收光譜的紫外區(qū)認(rèn)為是S0-S2躍遷；在504 nm處的強(qiáng)吸收峰認(rèn)為是S0-S1躍遷；在473 nm處有弱的吸收肩峰，可能與電子振動(dòng)有關(guān)。NaBOD和EnBOD的吸收光譜分為兩個(gè)主要的吸收帶，在紫外區(qū)的350，366，389 nm處有3個(gè)小吸收峰。我們認(rèn)為取代基電學(xué)性質(zhì)和取代位置在影響中心基團(tuán)BODIPY的同時(shí)，也會在化合物的特性中展現(xiàn)其內(nèi)在特性。萘和蒽在紫外區(qū)有自己的本征吸收峰，作為取代基，其對應(yīng)的BODIPY材料顯示為這3個(gè)小吸收峰。NaBOD和EnBOD在可見光區(qū)的吸收峰相似，在510 nm附近有強(qiáng)吸收峰，在477 nm處有一肩峰。

PhBOD、NaBOD和EnBOD的主要發(fā)光峰在524，529，524 nm附近。它們的熒光光譜譜線較窄，與其吸收光譜近似為鏡像圖形。從吸收光譜和熒光光譜可以看到斯托克斯位移較小，可能與光冷卻過程有關(guān)[19]。

將樣品放入如圖2所示的ASE實(shí)驗(yàn)光路中。

圖2 ASE測試光路示意圖

在不同的泵浦強(qiáng)度下，測得了PhBOD、NaBOD和EnBOD薄膜的發(fā)射光譜，并進(jìn)一步得到了其光泵浦閾值特性，如圖3所示。在低泵浦強(qiáng)度下，得到與發(fā)射光譜相對應(yīng)的綠光光譜；隨著激發(fā)光能量的不斷增加，光譜逐步窄化。當(dāng)泵浦強(qiáng)度超過閾值后，ASE光譜的FWHM急劇窄化，PhBOD薄膜的FWHM由49 nm窄化到5.7 nm。從圖3(b)的泵浦強(qiáng)度輸出曲線可以看出，在泵浦強(qiáng)度達(dá)到ASE閾值以后，PhBOD薄膜的輸出光強(qiáng)度隨著泵浦強(qiáng)度的增加呈現(xiàn)指數(shù)形式的增長，可以得出PhBOD的閾值大約為12.4 kW/cm2。同樣通過圖3(d)和圖3(f)得出NaBOD薄膜的閾值為4.55 kW/cm2，EnBOD薄膜的閾值為3.4 kW/cm2。3種材料都是閾值較低的有機(jī)激光增益介質(zhì)，可以進(jìn)一步研究其ASE穩(wěn)定性。

測試固態(tài)染料激光光穩(wěn)定性的方法是用強(qiáng)泵浦光重復(fù)泵浦樣品的同一位置[20-21],通過測試輸出光強(qiáng)度的衰減來評價(jià)材料的光穩(wěn)定性，我們采用這種方法來考察3種BODIPY類材料的ASE光穩(wěn)定性。輸出強(qiáng)度的衰減速率與泵浦光的頻率和強(qiáng)度有關(guān)，為了更加快速準(zhǔn)確地區(qū)分3種材料的ASE光穩(wěn)定性差異，我們采用較高的脈沖頻率(40 Hz)和高強(qiáng)度(242 kW/cm2)的泵浦光激勵(lì)樣品，考察樣品的ASE輸出強(qiáng)度隨泵浦光泵浦次數(shù)的變化，結(jié)果如圖4所示。

圖3 不同泵浦光強(qiáng)度下的PhBOD(a)、NaBOD(c)、EnBOD(e)的發(fā)射光譜，以及PhBOD(b)、NaBOD(d)、EnBOD(f)的發(fā)射光譜強(qiáng)度和譜線半高全寬(FWHM)隨泵浦光強(qiáng)度的變化。

Fig.3 Emission spectra of PhBOD(a), NaBOD(c), EnBOD(e) under different pump intensities, and output emission intensity and FWHM of PhBOD(b), NaBOD(d), EnBOD(f) as a function of the pump intensity.

圖4 BODIPY薄膜的歸一化ASE輸出強(qiáng)度隨泵浦次數(shù)的變化

Fig.4 Normalized ASE output intensity as a function of the number of pump

以泵浦多次后的ASE輸出光強(qiáng)度與初始數(shù)值的比值作為衡量光穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)。PhBOD、NaBOD和EnBOD薄膜在泵浦6 000次后，輸出強(qiáng)度都保持在初始輸出光強(qiáng)度的50%以上，在高頻率和高泵浦強(qiáng)度的情況下都保持了良好的光穩(wěn)定性。EnBOD薄膜在經(jīng)過15 000次泵浦后，ASE輸出強(qiáng)度已經(jīng)降到初始發(fā)光強(qiáng)度的5%，而PhBOD和NaBOD則有較好的光穩(wěn)定性，它們在經(jīng)15 000次泵浦以后，分別為初始發(fā)射光強(qiáng)的37.4%和44.6%；在經(jīng)過23 000次和28 000次泵浦以后，ASE輸出強(qiáng)度都衰減到初始值的17.5%。PhBOD和NaBOD有著比EnBOD更好的光穩(wěn)定性。

所制備的有機(jī)ASE器件即使經(jīng)過封裝，其增益介質(zhì)薄膜也會在一定程度上受到空氣中水和氧氣的影響。由于水解反應(yīng)和氧化作用，薄膜的發(fā)光性能會逐漸劣化，ASE閾值通常會增加。為了考察PhBOD、NaBOD和EnBOD薄膜的環(huán)境穩(wěn)定性，我們將未加封裝保護(hù)的3個(gè)樣品存放在室溫大氣環(huán)境下，對比放置3個(gè)月前后的樣品的閾值，得到的結(jié)果如圖5所示。我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過在大氣環(huán)境中放置3個(gè)月后，PhBOD、NaBOD和EnBOD薄膜表現(xiàn)出良好的ASE環(huán)境穩(wěn)定性，仍然具有明顯的ASE閾值，分別為37，13，12.8 kW/cm2，是初始狀態(tài)的2.99，2.85，3.76倍，表明PhBOD和NaBOD的ASE環(huán)境穩(wěn)定性要好于EnBOD。

較高的溫度會導(dǎo)致有機(jī)薄膜的缺陷濃度和表面粗糙度增加[6,8]。作為增益介質(zhì)，有機(jī)薄膜表面不平整會影響波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，另外在高溫環(huán)境下激子容易猝滅，材料的發(fā)光和激光性能都會受到不利的影響。我們采用之前經(jīng)環(huán)境穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)后的樣品，進(jìn)一步考察材料的ASE熱穩(wěn)定性。采用可調(diào)溫加熱平臺給樣品連續(xù)加熱，其中薄膜樣品固定在平臺的表面上。達(dá)到并保持在設(shè)定的溫度以后，采用光泵浦方式激發(fā)樣品，測試樣品的ASE特性。不同溫度條件下的PhBOD、NaBOD和EnBOD薄膜的閾值特性曲線如圖6所示。

圖5 PhBOD(a)、NaBOD(b)、EnBOD(c)的新樣品與放置3個(gè)月后樣品的ASE輸入輸出特性比較。

Fig.5 ASE output-pump intensity curves of PhBOD(a), NaBOD(b), EnBOD(c) samples as prepared and stored for 3 months.

圖6 不同溫度下的PhBOD(a)、NaBOD(b)和EnBOD(c)薄膜的輸入輸出特性曲線，以及不同溫度下樣品閾值點(diǎn)附近的歸一化斜率(d)。

Fig.6 Output-pump intensity curves of PhBOD(a), NaBOD(b) and EnBOD(c) thin films under different temperature，and normalized slope around threshold as a function of heating temperature (d).

我們測試了PhBOD、NaBOD和EnBOD薄膜分別在25，50，75，100 ℃下的ASE閾值。PhBOD在4個(gè)溫度下的ASE閾值分別是37，47.7，53.8，69.7 kW/cm2，NaBOD為13,15.5,35.6，64.3 kW/cm2。EnBOD為12.8，14.1，38.1，69.3 kW/cm2。隨著溫度的升高，PhBOD、NaBOD和EnBOD薄膜仍然可以觀察到ASE現(xiàn)象。在高溫100 ℃時(shí)，3種化合物的ASE閾值分別是室溫下的1.8，4.94，5.41倍。EnBOD薄膜在高溫情況下的ASE閾值偏離室溫值最大，其ASE熱穩(wěn)定性最差。通過閾值特征曲線可以觀察到，隨著溫度的上升，樣品達(dá)到閾值后的輸出強(qiáng)度的增長存在差異。為了表征這一變化，我們擬合了閾值特征曲線，引入了閾值點(diǎn)附近切線斜率這一數(shù)據(jù)。如圖6(d)所示，PhBOD薄膜在不同溫度下的閾值點(diǎn)附近的切線斜率變化較小，表明其在ASE輸出的非線性增長階段反應(yīng)依然靈敏，ASE熱穩(wěn)定性較好，而且與高低溫時(shí)閾值變化幅度所揭示的ASE熱穩(wěn)定性相吻合。

以上結(jié)果表明PhBOD薄膜具有較好的ASE穩(wěn)定性。為了研究PhBOD、NaBOD和EnBOD 3種材料ASE穩(wěn)定性差異的原因，我們使用Gaussian 09軟件計(jì)算了材料的基態(tài)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用DFT, hybrid functional B3LYP[22]和6-311G(d) basis set[23]得到優(yōu)化的分子電荷分布，如圖7所示。引入取代基會對分子的中心基團(tuán)BODIPY產(chǎn)生一定影響。我們分析了3種BODIPYs的中心基團(tuán)BODIPY，逐一核對BODIPY鍵長和鍵角的變化，發(fā)現(xiàn)引入取代基影響了BODIPY的空間結(jié)構(gòu)，但是3種BODIPYs的BODIPY基團(tuán)的空間結(jié)構(gòu)差別不大，這一點(diǎn)從3種BODIPYs的吸收光譜和熒光光譜與其他類的BODIPYs相類似可以得到佐證。中心基團(tuán)BODIPY通過空間位阻效應(yīng)影響取代基，C17和C25對應(yīng)的甲基影響了取代基的空間位置，取代基的苯環(huán)不能與BODIPY基團(tuán)的芳香環(huán)平行，使得BODIPYs整個(gè)分子不能形成好的共軛體系，直接影響到材料的物理化學(xué)性質(zhì)。我們用GaussView軟件畫出分子結(jié)構(gòu)圖，得到鏈接BODIPY和取代基的C(3)—C(33)鍵長，PhBOD、NaBOD和EnBOD的C(3)—C(33)鍵長分別為0.147 933,0.148 141，0.148 536 nm。3種材料的取代基與BODIPY基團(tuán)鏈接鍵長差別不大。3種取代基和BODIPY基團(tuán)都是剛性結(jié)構(gòu)，共軛程度大。我們主要考察了取代基與BODIPY基團(tuán)的取向。PhBOD分子結(jié)構(gòu)中二面角C(4)—C(3)—C(33)—C(34)為101.19°，NaBOD的分子結(jié)構(gòu)中二面角C(4)—C(3)—C(33)—C(34)為82.32°，EnBOD的分子結(jié)構(gòu)中二面角C(2)—C(3)—C(33)—C(35)為90.52°。3個(gè)分子中PhBOD的取代基與BODIPY基團(tuán)存在更好的平面性，整個(gè)分子表現(xiàn)出更好的平面性。取代基與BODIPY基團(tuán)的共軛程度大，3種BODIPYs中PhBOD表現(xiàn)出較好的ASE穩(wěn)定性可能與此相關(guān)聯(lián)，即材料的ASE穩(wěn)定性與其分子結(jié)構(gòu)中各部分的共軛程度有關(guān)。

圖7 PhBOD、NaBOD和EnBOD分子的電荷分布。

Fig.7 Molecular charge distribution of PhBOD, NaBOD and EnBOD, respectively.

材料分子結(jié)構(gòu)中的電荷分布與其性能直接相關(guān)[24-25]，圖7所示的PhBOD、NaBOD和EnBOD的分子內(nèi)電荷分布，各個(gè)原子用綠色、深綠、紅、深紅和黑色幾種顏色表示原子從帶正的Mulliken電荷到帶較多的負(fù)Mulliken電荷?？疾戽溄覤ODIPY和取代基的C(3)—C(33)鍵的電荷分布，3種BODIPYs的C(3)帶有的Mulliken電荷分別為(PhBOD,0.462 874)、(NaBOD,0.132 158) 和(EnBOD,-0.029 893)。PhBOD分子中的BODIPY基團(tuán)相對取代基帶有較多的正電荷。觀察3種材料的取代基，很明顯看到PhBOD的取代基苯基有很好的電荷分布對稱性，而NaBOD和EnBOD中的萘基和蒽基中的電荷分布顯得無規(guī)律。PhBOD分子擁有更好的化學(xué)穩(wěn)定性，材料分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)穩(wěn)定性很可能與材料的ASE穩(wěn)定性相關(guān)。

4 結(jié) 論

本文研究了3種氟硼二吡咯衍生物PhBOD、NaBOD和EnBOD的光物理性質(zhì)和ASE穩(wěn)定性。3種BODIPY薄膜的初始ASE閾值分別為12.4，4.55，3.4 kW/cm2。在穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)中，3種BODIPY薄膜表現(xiàn)出良好的ASE光穩(wěn)定性、ASE環(huán)境穩(wěn)定性和ASE熱穩(wěn)定性。樣品在高頻率、高強(qiáng)度光泵浦下的輸出強(qiáng)度衰減較慢，在大氣環(huán)境下存放3個(gè)月仍然能夠有比較低的ASE閾值，在加溫到100 ℃時(shí)仍然具有ASE性能。通過比較PhBOD、NaBOD和EnBOD的ASE穩(wěn)定性差異，發(fā)現(xiàn)PhBOD擁有較好的ASE穩(wěn)定性。進(jìn)一步進(jìn)行理論計(jì)算和分析，使用Gaussian 09軟件計(jì)算出分子基態(tài)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)材料的ASE穩(wěn)定性與其分子結(jié)構(gòu)中各部分的共軛程度和分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)穩(wěn)定性有關(guān)。分子中各個(gè)基團(tuán)的共軛程度大、分子中Mulliken電荷分布對稱性好，則材料的ASE穩(wěn)定性較好。

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呂晨曦(1985-)，男，吉林長春人，碩士研究生，2008年于吉林大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，主要從事有機(jī)光電子學(xué)方面的研究。

E-mail： iori_abc @163.com林杰(1981-)，男，河南新野人，博士，副研究員，2011年于中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所獲得博士學(xué)位，主要從事有機(jī)半導(dǎo)體激光方面的研究。

E-nail: linj@ciomp.ac.cn楊楊(1981-)，男，河北保定人，博士，講師，2013年于中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所獲得博士學(xué)位，主要從事有機(jī)熒光染料和熒光探針的研究。

E-mail: yangyang-000@163.com

Stability of Amplified Spontaneous Emission of Meso Aromatic Substituted BODIPY Derivatives Films

LYU Chen-xi1,2, ZHANG Lei3, YANG Yang4*, ZHANG Li-gong1, LIN Jie1*, LIU Xing-yuan1

(1.StateKeyLaboratoryofLuminescenceandApplications,ChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysics,ChineseAcademyofSciences,Changchun130033,China;2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China;3.ChangchunRailwayVehicleCo.,Ltd.,Changchun130062,China;4.CollegeofChemistryandChemicalEngineering,InnerMongoliaUniversityforTheNationalities,Tongliao028000,China)*CorrespondingAuthors,E-mail:yangyang-000@163.com;linj@ciomp.ac.cn

The amplified spontaneous emission (ASE) properties of phenyl, naphthyl and anthracene substituted boron dipyrromethene (BODIPY) derivative films were studied, and the factors that influence the ASE stability of BODIPY derivatives were discussed. First, three BODIPY derivatives (PhBOD, NaBOD and EnBOD) materials were doped into polystyrene, from which the films were prepared by spin-coating. The absorption and fluorescence spectra were recorded. The ASE performance of the three samples was measured under the optical pumping, and the ASE thresholds of the materials were obtained. The optical stability, ASE environmental stability and thermal stability of the materials were studied by means of long time pumping, long time placement in the environment and pumping under high temperature environment. Finally, Gaussian 09 was used to calculate the molecular ground state properties. Experimental results show that the initial thresholds of PhBOD, NaBOD and EnBOD films are about 12.4, 4.55， 3.4 kW/cm2, respectively. Among them, PhBOD film shows better ASE stability. The difference of ASE stability may be related to the conjugation degree and chemical stability of molecular structure. The ASE stability of the material would be better when the conjugation degree of each group in the molecule is larger, and the Mulliken charge distribution is more symmetrical.

BODIPY derivatives; amplified spontaneous emission (ASE); stability; molecular structure

2016-10-05；

2016-11-10

內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金博士基金(2014BS0205)； 內(nèi)蒙古民族大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金(BS311)資助項(xiàng)目 Supported by Doctoral Fund of Natural Science Foundation of Inner Mongolia(2014BS0205); Doctoral Research Foundation of Inner Mongolia University for the Nationalities(BS311)

1000-7032(2017)04-0499-08

O432.1+2

A

10.3788/fgxb20173804.0499