Abstract

We report a study of a new class of organic semiconductor as an optical gain medium. We demonstrate amplification of violet light by use of stimulated emission in a solution of a first-generation bis-fluorene-cored semiconducting dendrimer. Amplification is also observed in the solid state by means of amplified spontaneous emission in an optically pumped dendrimer planar waveguide. Gains of 36 dB cm-1 at 420 nm and 26 dB cm-1 at 390 nm in solution and 350 dB cm-1 in the solid state are obtained. These results show that semiconducting dendrimers have potential as visible laser and amplifier materials.

© 2004 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. D. McGehee and A. J. Heeger, Adv. Mater. 12, 1655 (2000).
    [CrossRef]
  2. R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. Dos Santos, J. L. Brédas, M. Logdlund, and W. R. Salaneck, Nature 397, 121 (1999).
    [CrossRef]
  3. J. R. Lawrence, G. A. Turnbull, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 80, 3036 (2002).
    [CrossRef]
  4. M. Halim, I. D. W. Samuel, J. N. G. Pillow, and P. L. Burn, Synth. Met. 102, 1113 (1999).
    [CrossRef]
  5. J. M. Lupton, I. D. W. Samuel, R. Beavington, P. L. Burn, and H. Bässler, Adv. Mater. 13, 258 (2001).
    [CrossRef]
  6. M. Pope and C. E. Swenberg, Electrical Processes in Organic Crystals and Polymers (Oxford Science, Oxford, UK, 1999), Chap. 9.
  7. J. P. J. Markham, S. C. Lo, S. W. Magennis, P. L. Burn, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 80, 2645 (2002).
    [CrossRef]
  8. S. Yokoyama, A. Otomo, and S. Mashiko, Appl. Phys. Lett. 80, 7 (2002).
    [CrossRef]
  9. A. Otomo, S. Yokoyama, T. Nakahama, and S. Mashiko, Appl. Phys. Lett. 77, 3881 (2000).
    [CrossRef]
  10. J. P. J. Markham, T. D. Anthopoulos, I. D. W. Samuel, G. J. Richards, P. L. Burn, C. Im, and H. Bässler, Appl. Phys. Lett. 81, 3266 (2002).
    [CrossRef]
  11. T. L. Koch, L. C. Chiu, and A. Yariv, Opt. Commun. 40, 364 (1982).
    [CrossRef]
  12. W. Holzer, A. Penzkofer, S. H. Gong, D. D. C. Bradley, X. Long, and A. Bleyer, Chem. Phys. 224, 315 (1997).
  13. M. D. McGehee, R. Gupta, S. Veenstra, E. K. Miller, M. A. Diaz-Garcia, and A. J. Heeger, Phys. Rev. B 58, 7035 (1998).
    [CrossRef]
  14. K. L. Shaklee and R. F. Leheny, Appl. Phys. Lett. 18, 475 (1971).
    [CrossRef]
  15. G. Heliotis, D. D. C. Bradley, G. A. Turnbull, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 81, 415 (2002).
    [CrossRef]

2002 (5)

J. R. Lawrence, G. A. Turnbull, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 80, 3036 (2002).
[CrossRef]

J. P. J. Markham, S. C. Lo, S. W. Magennis, P. L. Burn, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 80, 2645 (2002).
[CrossRef]

S. Yokoyama, A. Otomo, and S. Mashiko, Appl. Phys. Lett. 80, 7 (2002).
[CrossRef]

J. P. J. Markham, T. D. Anthopoulos, I. D. W. Samuel, G. J. Richards, P. L. Burn, C. Im, and H. Bässler, Appl. Phys. Lett. 81, 3266 (2002).
[CrossRef]

G. Heliotis, D. D. C. Bradley, G. A. Turnbull, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 81, 415 (2002).
[CrossRef]

2001 (1)

J. M. Lupton, I. D. W. Samuel, R. Beavington, P. L. Burn, and H. Bässler, Adv. Mater. 13, 258 (2001).
[CrossRef]

2000 (2)

A. Otomo, S. Yokoyama, T. Nakahama, and S. Mashiko, Appl. Phys. Lett. 77, 3881 (2000).
[CrossRef]

M. D. McGehee and A. J. Heeger, Adv. Mater. 12, 1655 (2000).
[CrossRef]

1999 (2)

R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. Dos Santos, J. L. Brédas, M. Logdlund, and W. R. Salaneck, Nature 397, 121 (1999).
[CrossRef]

M. Halim, I. D. W. Samuel, J. N. G. Pillow, and P. L. Burn, Synth. Met. 102, 1113 (1999).
[CrossRef]

1998 (1)

M. D. McGehee, R. Gupta, S. Veenstra, E. K. Miller, M. A. Diaz-Garcia, and A. J. Heeger, Phys. Rev. B 58, 7035 (1998).
[CrossRef]

1997 (1)

W. Holzer, A. Penzkofer, S. H. Gong, D. D. C. Bradley, X. Long, and A. Bleyer, Chem. Phys. 224, 315 (1997).

1982 (1)

T. L. Koch, L. C. Chiu, and A. Yariv, Opt. Commun. 40, 364 (1982).
[CrossRef]

1971 (1)

K. L. Shaklee and R. F. Leheny, Appl. Phys. Lett. 18, 475 (1971).
[CrossRef]

Anthopoulos, T. D.

J. P. J. Markham, T. D. Anthopoulos, I. D. W. Samuel, G. J. Richards, P. L. Burn, C. Im, and H. Bässler, Appl. Phys. Lett. 81, 3266 (2002).
[CrossRef]

Bässler, H.

J. P. J. Markham, T. D. Anthopoulos, I. D. W. Samuel, G. J. Richards, P. L. Burn, C. Im, and H. Bässler, Appl. Phys. Lett. 81, 3266 (2002).
[CrossRef]

J. M. Lupton, I. D. W. Samuel, R. Beavington, P. L. Burn, and H. Bässler, Adv. Mater. 13, 258 (2001).
[CrossRef]

Beavington, R.

J. M. Lupton, I. D. W. Samuel, R. Beavington, P. L. Burn, and H. Bässler, Adv. Mater. 13, 258 (2001).
[CrossRef]

Bleyer, A.

W. Holzer, A. Penzkofer, S. H. Gong, D. D. C. Bradley, X. Long, and A. Bleyer, Chem. Phys. 224, 315 (1997).

Bradley, D. D. C.

G. Heliotis, D. D. C. Bradley, G. A. Turnbull, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 81, 415 (2002).
[CrossRef]

R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. Dos Santos, J. L. Brédas, M. Logdlund, and W. R. Salaneck, Nature 397, 121 (1999).
[CrossRef]

W. Holzer, A. Penzkofer, S. H. Gong, D. D. C. Bradley, X. Long, and A. Bleyer, Chem. Phys. 224, 315 (1997).

Brédas, J. L.

R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. Dos Santos, J. L. Brédas, M. Logdlund, and W. R. Salaneck, Nature 397, 121 (1999).
[CrossRef]

Burn, P. L.

J. P. J. Markham, S. C. Lo, S. W. Magennis, P. L. Burn, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 80, 2645 (2002).
[CrossRef]

J. P. J. Markham, T. D. Anthopoulos, I. D. W. Samuel, G. J. Richards, P. L. Burn, C. Im, and H. Bässler, Appl. Phys. Lett. 81, 3266 (2002).
[CrossRef]

J. M. Lupton, I. D. W. Samuel, R. Beavington, P. L. Burn, and H. Bässler, Adv. Mater. 13, 258 (2001).
[CrossRef]

M. Halim, I. D. W. Samuel, J. N. G. Pillow, and P. L. Burn, Synth. Met. 102, 1113 (1999).
[CrossRef]

Burroughes, J. H.

R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. Dos Santos, J. L. Brédas, M. Logdlund, and W. R. Salaneck, Nature 397, 121 (1999).
[CrossRef]

Chiu, L. C.

T. L. Koch, L. C. Chiu, and A. Yariv, Opt. Commun. 40, 364 (1982).
[CrossRef]

Diaz-Garcia, M. A.

M. D. McGehee, R. Gupta, S. Veenstra, E. K. Miller, M. A. Diaz-Garcia, and A. J. Heeger, Phys. Rev. B 58, 7035 (1998).
[CrossRef]

Dos Santos, D. A.

R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. Dos Santos, J. L. Brédas, M. Logdlund, and W. R. Salaneck, Nature 397, 121 (1999).
[CrossRef]

Friend, R. H.

R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. Dos Santos, J. L. Brédas, M. Logdlund, and W. R. Salaneck, Nature 397, 121 (1999).
[CrossRef]

Gong, S. H.

W. Holzer, A. Penzkofer, S. H. Gong, D. D. C. Bradley, X. Long, and A. Bleyer, Chem. Phys. 224, 315 (1997).

Gupta, R.

M. D. McGehee, R. Gupta, S. Veenstra, E. K. Miller, M. A. Diaz-Garcia, and A. J. Heeger, Phys. Rev. B 58, 7035 (1998).
[CrossRef]

Gymer, R. W.

R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. Dos Santos, J. L. Brédas, M. Logdlund, and W. R. Salaneck, Nature 397, 121 (1999).
[CrossRef]

Halim, M.

M. Halim, I. D. W. Samuel, J. N. G. Pillow, and P. L. Burn, Synth. Met. 102, 1113 (1999).
[CrossRef]

Heeger, A. J.

M. D. McGehee and A. J. Heeger, Adv. Mater. 12, 1655 (2000).
[CrossRef]

M. D. McGehee, R. Gupta, S. Veenstra, E. K. Miller, M. A. Diaz-Garcia, and A. J. Heeger, Phys. Rev. B 58, 7035 (1998).
[CrossRef]

Heliotis, G.

G. Heliotis, D. D. C. Bradley, G. A. Turnbull, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 81, 415 (2002).
[CrossRef]

Holmes, A. B.

R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. Dos Santos, J. L. Brédas, M. Logdlund, and W. R. Salaneck, Nature 397, 121 (1999).
[CrossRef]

Holzer, W.

W. Holzer, A. Penzkofer, S. H. Gong, D. D. C. Bradley, X. Long, and A. Bleyer, Chem. Phys. 224, 315 (1997).

Im, C.

J. P. J. Markham, T. D. Anthopoulos, I. D. W. Samuel, G. J. Richards, P. L. Burn, C. Im, and H. Bässler, Appl. Phys. Lett. 81, 3266 (2002).
[CrossRef]

Koch, T. L.

T. L. Koch, L. C. Chiu, and A. Yariv, Opt. Commun. 40, 364 (1982).
[CrossRef]

Lawrence, J. R.

J. R. Lawrence, G. A. Turnbull, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 80, 3036 (2002).
[CrossRef]

Leheny, R. F.

K. L. Shaklee and R. F. Leheny, Appl. Phys. Lett. 18, 475 (1971).
[CrossRef]

Lo, S. C.

J. P. J. Markham, S. C. Lo, S. W. Magennis, P. L. Burn, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 80, 2645 (2002).
[CrossRef]

Logdlund, M.

R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. Dos Santos, J. L. Brédas, M. Logdlund, and W. R. Salaneck, Nature 397, 121 (1999).
[CrossRef]

Long, X.

W. Holzer, A. Penzkofer, S. H. Gong, D. D. C. Bradley, X. Long, and A. Bleyer, Chem. Phys. 224, 315 (1997).

Lupton, J. M.

J. M. Lupton, I. D. W. Samuel, R. Beavington, P. L. Burn, and H. Bässler, Adv. Mater. 13, 258 (2001).
[CrossRef]

Magennis, S. W.

J. P. J. Markham, S. C. Lo, S. W. Magennis, P. L. Burn, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 80, 2645 (2002).
[CrossRef]

Markham, J. P. J.

J. P. J. Markham, S. C. Lo, S. W. Magennis, P. L. Burn, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 80, 2645 (2002).
[CrossRef]

J. P. J. Markham, T. D. Anthopoulos, I. D. W. Samuel, G. J. Richards, P. L. Burn, C. Im, and H. Bässler, Appl. Phys. Lett. 81, 3266 (2002).
[CrossRef]

Marks, R. N.

R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. Dos Santos, J. L. Brédas, M. Logdlund, and W. R. Salaneck, Nature 397, 121 (1999).
[CrossRef]

Mashiko, S.

S. Yokoyama, A. Otomo, and S. Mashiko, Appl. Phys. Lett. 80, 7 (2002).
[CrossRef]

A. Otomo, S. Yokoyama, T. Nakahama, and S. Mashiko, Appl. Phys. Lett. 77, 3881 (2000).
[CrossRef]

McGehee, M. D.

M. D. McGehee and A. J. Heeger, Adv. Mater. 12, 1655 (2000).
[CrossRef]

M. D. McGehee, R. Gupta, S. Veenstra, E. K. Miller, M. A. Diaz-Garcia, and A. J. Heeger, Phys. Rev. B 58, 7035 (1998).
[CrossRef]

Miller, E. K.

M. D. McGehee, R. Gupta, S. Veenstra, E. K. Miller, M. A. Diaz-Garcia, and A. J. Heeger, Phys. Rev. B 58, 7035 (1998).
[CrossRef]

Nakahama, T.

A. Otomo, S. Yokoyama, T. Nakahama, and S. Mashiko, Appl. Phys. Lett. 77, 3881 (2000).
[CrossRef]

Otomo, A.

S. Yokoyama, A. Otomo, and S. Mashiko, Appl. Phys. Lett. 80, 7 (2002).
[CrossRef]

A. Otomo, S. Yokoyama, T. Nakahama, and S. Mashiko, Appl. Phys. Lett. 77, 3881 (2000).
[CrossRef]

Penzkofer, A.

W. Holzer, A. Penzkofer, S. H. Gong, D. D. C. Bradley, X. Long, and A. Bleyer, Chem. Phys. 224, 315 (1997).

Pillow, J. N. G.

M. Halim, I. D. W. Samuel, J. N. G. Pillow, and P. L. Burn, Synth. Met. 102, 1113 (1999).
[CrossRef]

Pope, M.

M. Pope and C. E. Swenberg, Electrical Processes in Organic Crystals and Polymers (Oxford Science, Oxford, UK, 1999), Chap. 9.

Richards, G. J.

J. P. J. Markham, T. D. Anthopoulos, I. D. W. Samuel, G. J. Richards, P. L. Burn, C. Im, and H. Bässler, Appl. Phys. Lett. 81, 3266 (2002).
[CrossRef]

Salaneck, W. R.

R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. Dos Santos, J. L. Brédas, M. Logdlund, and W. R. Salaneck, Nature 397, 121 (1999).
[CrossRef]

Samuel, I. D. W.

J. R. Lawrence, G. A. Turnbull, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 80, 3036 (2002).
[CrossRef]

J. P. J. Markham, S. C. Lo, S. W. Magennis, P. L. Burn, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 80, 2645 (2002).
[CrossRef]

J. P. J. Markham, T. D. Anthopoulos, I. D. W. Samuel, G. J. Richards, P. L. Burn, C. Im, and H. Bässler, Appl. Phys. Lett. 81, 3266 (2002).
[CrossRef]

G. Heliotis, D. D. C. Bradley, G. A. Turnbull, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 81, 415 (2002).
[CrossRef]

J. M. Lupton, I. D. W. Samuel, R. Beavington, P. L. Burn, and H. Bässler, Adv. Mater. 13, 258 (2001).
[CrossRef]

M. Halim, I. D. W. Samuel, J. N. G. Pillow, and P. L. Burn, Synth. Met. 102, 1113 (1999).
[CrossRef]

Shaklee, K. L.

K. L. Shaklee and R. F. Leheny, Appl. Phys. Lett. 18, 475 (1971).
[CrossRef]

Swenberg, C. E.

M. Pope and C. E. Swenberg, Electrical Processes in Organic Crystals and Polymers (Oxford Science, Oxford, UK, 1999), Chap. 9.

Taliani, C.

R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. Dos Santos, J. L. Brédas, M. Logdlund, and W. R. Salaneck, Nature 397, 121 (1999).
[CrossRef]

Turnbull, G. A.

J. R. Lawrence, G. A. Turnbull, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 80, 3036 (2002).
[CrossRef]

G. Heliotis, D. D. C. Bradley, G. A. Turnbull, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 81, 415 (2002).
[CrossRef]

Veenstra, S.

M. D. McGehee, R. Gupta, S. Veenstra, E. K. Miller, M. A. Diaz-Garcia, and A. J. Heeger, Phys. Rev. B 58, 7035 (1998).
[CrossRef]

Yariv, A.

T. L. Koch, L. C. Chiu, and A. Yariv, Opt. Commun. 40, 364 (1982).
[CrossRef]

Yokoyama, S.

S. Yokoyama, A. Otomo, and S. Mashiko, Appl. Phys. Lett. 80, 7 (2002).
[CrossRef]

A. Otomo, S. Yokoyama, T. Nakahama, and S. Mashiko, Appl. Phys. Lett. 77, 3881 (2000).
[CrossRef]

Adv. Mater. (2)

M. D. McGehee and A. J. Heeger, Adv. Mater. 12, 1655 (2000).
[CrossRef]

J. M. Lupton, I. D. W. Samuel, R. Beavington, P. L. Burn, and H. Bässler, Adv. Mater. 13, 258 (2001).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (7)

K. L. Shaklee and R. F. Leheny, Appl. Phys. Lett. 18, 475 (1971).
[CrossRef]

G. Heliotis, D. D. C. Bradley, G. A. Turnbull, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 81, 415 (2002).
[CrossRef]

J. R. Lawrence, G. A. Turnbull, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 80, 3036 (2002).
[CrossRef]

J. P. J. Markham, S. C. Lo, S. W. Magennis, P. L. Burn, and I. D. W. Samuel, Appl. Phys. Lett. 80, 2645 (2002).
[CrossRef]

S. Yokoyama, A. Otomo, and S. Mashiko, Appl. Phys. Lett. 80, 7 (2002).
[CrossRef]

A. Otomo, S. Yokoyama, T. Nakahama, and S. Mashiko, Appl. Phys. Lett. 77, 3881 (2000).
[CrossRef]

J. P. J. Markham, T. D. Anthopoulos, I. D. W. Samuel, G. J. Richards, P. L. Burn, C. Im, and H. Bässler, Appl. Phys. Lett. 81, 3266 (2002).
[CrossRef]

Chem. Phys. (1)

W. Holzer, A. Penzkofer, S. H. Gong, D. D. C. Bradley, X. Long, and A. Bleyer, Chem. Phys. 224, 315 (1997).

Nature (1)

R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. Dos Santos, J. L. Brédas, M. Logdlund, and W. R. Salaneck, Nature 397, 121 (1999).
[CrossRef]

Opt. Commun. (1)

T. L. Koch, L. C. Chiu, and A. Yariv, Opt. Commun. 40, 364 (1982).
[CrossRef]

Phys. Rev. B (1)

M. D. McGehee, R. Gupta, S. Veenstra, E. K. Miller, M. A. Diaz-Garcia, and A. J. Heeger, Phys. Rev. B 58, 7035 (1998).
[CrossRef]

Synth. Met. (1)

M. Halim, I. D. W. Samuel, J. N. G. Pillow, and P. L. Burn, Synth. Met. 102, 1113 (1999).
[CrossRef]

Other (1)

M. Pope and C. E. Swenberg, Electrical Processes in Organic Crystals and Polymers (Oxford Science, Oxford, UK, 1999), Chap. 9.

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (2)

Fig. 1
Fig. 1

(a) Absorption and emission spectra of the dendrimer solution. (b) Gain (at 420 nm) versus probe energy of the dendrimer optical amplifier. Inset, dendrimer structure.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Emission spectrum of a bis-fluorene dendrimer film below and above ASE threshold. (b) ASE intensity as a function of pump energy and stripe length.

Equations (1)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

EOUT=ES ln1+expEIN/ES-1expG.

Metrics