全球首个全电驱动有机半导体激光器诞生!

2023-11-16 15:40

来源： OFweek激光网

近日，来自苏格兰圣安德鲁斯大学的研究人员制造出了全球第一台不需要单独光源就能工作的有机半导体激光器。

在以往，打造这样的设备非常具有挑战性。新的全电驱动激光器比以前的设备更紧凑，并且在电磁波谱的可见区域工作。因此，它的开发人员表示，它可能会在传感和光谱学等应用中实现落地。

第一个有机激光器（即由碳基材料制成的激光器）于1992年被创造出来。然而，该激光器使用单独的光源驱动其增益介质，这使其设计复杂化并限制了其应用。从那以后，研究人员一直试图找到一种方法来制造一种只使用电场驱动的有机激光器，但没有成功。

而研究人员最新开发出的这种能够实现电驱动的有机半导体激光器，首先是制造出具有世界纪录光输出的有机发光二极管，然后仔细地将其与聚合物激光结构结合起来。

打破世界纪录

共同领导了这项新研究的物理学家Samuel表示，这是过去30年中该领域遭遇的一个巨大挑战。与此同时，由于实现了电驱动，激光器不在需要单独的光源来驱动它们，其潜在的应用范围也将得以扩大。

设计电驱动有机激光器有两种主要策略。第一种方法是在有机激光增益介质上放置电触点并通过它们注入电荷。然而，用这种方法制造激光器是很困难的，因为注入的电荷通过所谓的三重态吸收了材料发光光谱中的光。触点本身也会吸收光线。由于激光需要增益（光放大）来超过损失，因此光吸收是一个巨大的障碍。

在《自然》杂志上详细介绍的这项新研究中，研究人员用第二种方法解决了这个问题：通过在空间上使电荷、三重态和接触与激光增益介质保持距离。然而，要做到这一点也不容易，因为这意味着他们需要制造出具有世界纪录光输出强度的脉冲蓝色有机发光二极管（OLED）来驱动增益介质。然后，他们需要找到一种方法，将所有的有机发光二极管的光耦合到激光中，激光是由一层薄薄的半导体聚合物制成的，可以发出绿光。

“为了制造这个装置，我们最初分别制造了OLED和激光腔，然后将OLED转移到只有几微米厚的衬底上，转移到激光波导的表面。这两个部分的精密集成，对于增益介质访问OLED内部产生的强烈电致发光至关重要。”

为了完成设计，该团队在薄膜激光器中使用衍射光栅，在薄膜平面上提供受激光发射的分布式反馈，同时从表面衍射输出激光束。

缓慢的技术加速发展

有机半导体器件被广泛认为是一种“缓慢”的技术，因为有机材料中的电荷迁移率通常比硅或III－V晶体半导体低几个数量级。然而，另一位领导该研究的科学家、圣安德鲁斯大学的Graham Turnbull表示：“我们的工作是推动这些材料进入一个非常快速和强烈的操作计划。”

至于应用，研究人员说，新的全电有机半导体激光器将直接集成到使用基于光的传感和光谱学来诊断疾病或监测症状的医疗设备中。