《Physica B: Condensed Matter》：Multiple-band Mirror-less Laser from a fluorene-thiophene oligomer fluid and films
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本研究系统探究了FDBT共轭寡聚物的光物理特性与激光行为。通过TD-DFT模拟（cc-pVDZ基组）准确预测其UV-Vis、ECD及HOMO-LUMO结构，实验验证了双吸收峰（S00和S01振动跃迁）与荧光峰的对应关系。在355 nm激光激发下，FDBT在溶液和PS薄膜中均呈现激光诱导荧光及放大自发发射，后者呈现亚纳米级半高宽（FWHM≈0.5 nm）和超低阈能（溶液3 mJ/cm2，薄膜2.5 mJ/cm2）。时间分辨光谱证实这些特性源于分子振动子。此外发现硫诱导陷阱引发的延迟荧光尾。该研究为低阈值、多波段无反射激光材料提供了新进展。
Saradh Prasad | Khalid Eidah Alzahrani
沙特阿拉伯利雅得国王沙特大学科学学院物理与天文学系，邮编11451
摘要
我们报告了共轭寡聚物3,7-双(9,9-二己基荧光素-2-基)-二苯并噻吩-S,S-二氧化物（FDBT）的光学、激光和时间分辨光谱（TRS）特性。采用cc-pVDZ方法进行的时间依赖密度泛函理论（TD-DFT）模拟准确预测了FDBT的光物理行为，包括UV-Vis、ECD和HOMO-LUMO结构。实验结果揭示了双吸收（Abs）和荧光（FL）峰，与S00和S01振动跃迁一致。在355纳米、5纳秒的激光激发下，FDBT在甲苯溶液和聚苯乙烯（PS）薄膜中均表现出激光诱导荧光（LIF）和放大自发辐射（ASE）。放大自发辐射（ASE）具有超窄的旁带尖峰（半高宽约为0.5纳米），这归因于振动子带，其阈值低至3毫焦耳/平方厘米（溶液）和2.5毫焦耳/平方厘米（薄膜）。亚纳秒级的TRS证实了这些特征的分子级起源。此外，FDBT还显示出与硫诱导陷阱相关的长时间荧光尾迹。这些发现表明FDBT在固态系统中具有低阈值、多带、无镜激光的潜力，有助于开发成本效益高的有机激光材料。
引言
有机共轭寡聚物（COs）是一类同时具备小分子和长链共轭聚合物（CPs）优点的材料，但其重复单体数量较少，通常n > 10。COs对半导体技术非常重要。该领域的深入研究为在未来二十年替代传统半导体电子器件铺平了道路。其固有的优势，如易于合成、可溶液加工、高功率转换效率、高化学稳定性和低成本，推动了共轭聚合物和寡聚物领域的研究热情。COs被应用于有机发光二极管（OLEDs）[1, 2]、激光器[3, 4]、薄膜晶体管[5, 6]、传感器[7, 8]和太阳能电池[9, 10]，并且还有潜力用于人造肌肉[11, 12]、防腐剂[13, 14]、电子纺织品[15, 16]以及神经细胞通信[17]。
由于一种称为ASE的现象，无镜激光（MLL）或单程激光可以在高增益介质中实现，其中单次通过即可实现光放大：例如氮激光器。无镜激光可以带有或不带有法布里-珀罗（Fabry-Perot）谐振器，但许多激光介质在没有反馈的情况下无法产生激光，例如红宝石或CO2激光[18]。因此，MLL在医疗和军事应用中具有易于设计和部署的优势。因此，能够产生MLL的材料非常受欢迎。
目前正在合成各种类型的COs以用于光电应用。在所有COs的应用中，OLED和激光器是最重要的应用，因为它们具有独特的光电性能。A. L. Kanibolotsky等人全面研究了由线性COs或非传统结构重复单元组成的星形大分子臂[19]。这些纳米级COs（d ～ 4.6纳米，n = 1）是非晶材料，在大约350–450纳米的范围内表现出高效的蓝光发射，荧光量子产率（QY）为0.91–0.98，这在聚苯并菲类化合物中是典型的[20]。基于4,4-二氟-4-硼-3a,4a-二氮杂-茚（BODIPY）的材料最近被报道能够通过聚集诱导发射（AIE）产生近红外发射，并且之前也被报道为绿色发射体，可以通过不同波长调节[21]。S. Mahbub等人专注于合成通过二溴芳香族连接剂交联的SQ（硅氧烷）寡聚物，并探讨了交联剂对其光物理性质的影响[22]。
噻吩寡聚物（TCO）是一个关键类别，因为它们具有高导电性、与现有半导体电子设备的兼容性以及高化学和物理稳定性，因此有利于电泵浦。此外，TCO具有有趣的光学性质，可以在可见光谱的多个区域产生高效的MLL，例如深蓝色（420 – 440纳米）[23, 24]、蓝色区域（425至475纳米）[25]、绿色至红色（570至610纳米）[26]、红色区域（614 – 626纳米）[27, 28]。用对苯基苯乙烯衍生物改性的噻吩/苯并噻吩CO晶体在绿色、橙色和红色区域产生ASE[29]。五噻吩（P5T）CO晶体在625纳米波长处产生MLL[30]。我们的团队使用CO作为能量转移供体，从钙钛矿量子点实现了从15纳米到8.36纳米的光谱窄化[31]。当添加共轭聚合物（MEH-PPV）作为受体时，它可以抵消供体CO的BECV-DHF效应，在436纳米和464纳米处产生双MLL[32]。M. Wei等人展示了梯形寡聚（p-苯ylene）s CO在室温下的极化子激光[33]。
含有二苯并噻吩-S,S-二氧化物基团的TCO和聚合物因其独特的性质而被研究，例如高效的蓝光发射、高迁移率、电化学稳定性以及良好的热稳定性和共聚性能[34, 35]。荧光素/二苯并噻吩寡聚物（HFSO）与ZnO纳米颗粒混合被研究作为蓝光OLED[36]。HFSO与CsPbBr
1.5I
1.5钙钛矿量子点的混合物被用于制造白色PQLED[37]。
Wang T等人使用聚（3,4-乙烯二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸）共聚物制备了发射宽带近白光的OLED[38]。CO五噻吩-S,S-二氧化物在616纳米处产生ASE[39]。上述研究是针对这类CO应用的相关工作，但仍需要更多关于以前未广泛研究的COs的研究。此外，还需要更多研究来全面了解基于噻吩的COs的光物理性质和激光机制，例如FDBT。目前对其光物理、激发态动力学和激光性质的研究还不够充分。受此启发，我们使用稳态实验（如FL和Abs）研究了在不同溶液和薄膜中的相对未探索的CO（FDBT）。我们还研究了其在亚纳秒时间域内的激发态动力学和激光性质。据我们所知，并经过广泛的文献回顾，这是首次对FDBT寡聚物的光物理和激发态动力学进行综合研究。
材料与方法
FDBT（ADS136FS）（外观：浅黄色粉末）是一种含有两个9,9-二辛基-9H-荧光素外围单元的寡聚物，这些单元通过二苯并噻吩-S,S-二氧化物连接，购自加拿大魁北克蒙特利尔的American Dye Source，使用前无需进一步纯化。FDBT的分子结构如图1所示，分子量为881.3克/摩尔。我们使用甲苯、THF和苯等光谱级溶剂来溶解FDBT粉末。
计算研究
图S1展示了尾部截断化合物的优化分子结构，显示了原子位置和几何形状。它显示了带有原子标签和连接性的DFT优化分子几何结构。图S2展示了（a）模拟的红外光谱和（b）拉曼光谱，分别表示（a）红外吸收和（b）拉曼活性，突出了400–2000厘米-1范围内的主导振动模式。图S3展示了分子静电
结论
总之，我们研究了基于噻吩的寡聚物FDBT的光学、激光和时间分辨光谱特性。TD-DFT模拟用于确定FDBT的光物理性质，得到的结果与实验结果一致。我们使用cc-pVDZ方法计算了优化结构、UV-Vis、ECD和HOMO-LUMO结构，并将其与实验计算的带隙进行了比较。结果表明，cc-pVDZ基组足够准确且计算效率较高
CRediT作者贡献声明
Khalid Alzahrani：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，软件，资源获取，数据管理，概念化。SARADH PRASAD：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，软件，数据管理，概念化
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
发表同意
所有作者均已审阅并批准了手稿的最终版本，并同意将其提交发表。
数据可用性
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新颖性声明
本研究首次展示了基于荧光素-噻吩的共轭寡聚物（FDBT）在流体和聚苯乙烯薄膜状态下的多带无镜激光现象。工作揭示了具有亚纳秒分辨率的超窄放大自发辐射（ASE）旁带，这归因于分子级别的振动子带跃迁——与宏观腔效应无关。通过将FDBT嵌入聚苯乙烯基质中，我们实现了非常低的ASE阈值（约2.5毫焦耳/平方厘米）
资助
本研究得到了Ongoing Research资助计划——研究主席（ORF-RC-2025-1100），沙特阿拉伯利雅得国王沙特大学的支持。
利益冲突声明
? 作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：Khalid Eidah Alzahrani报告称获得了沙特国王沙特大学科学学院的财务支持。如果有其他作者，他们声明没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者衷心感谢Ongoing Research资助计划——研究主席（ORF-RC-2025-1100），沙特阿拉伯利雅得国王沙特大学的支持。
