لیزر آلی تمام الکتریکی اولین - دنیای فیزیک است

لیزر آلی تمام الکتریکی اولین - دنیای فیزیک است

تمبر زمان: 14 نوامبر 2023، 4:33 صبح

یک نمودار شماتیک از لیزر جدید پمپ شده با OLED
شماتیکی از دستگاه ال ای دی ارگانیک در بالا قرار دارد – لایه های ارگانیک در بین کنتاکت ها. ولتاژی به آن اعمال می شود و بارهایی را تزریق می کند و نور تولید می کند که سپس لیزر آلی را تحریک می کند (نیمه پایینی شکل). لیزر ارگانیک حاوی یک توری است، بازخورد اعمال می کند و همچنین مقداری از نور لیزر را از ساختار خارج می کند - فلش زرد در شکل. (با احترام: کو یوشیدا)

محققان دانشگاه سنت اندروز اسکاتلند اولین لیزر نیمه هادی آلی را ساخته اند که برای کار کردن به منبع نور جداگانه نیاز ندارد - چیزی که بسیار چالش برانگیز بود. لیزر جدید تمام الکتریکی فشرده تر از دستگاه های قبلی است و در ناحیه مرئی طیف الکترومغناطیسی کار می کند. به این ترتیب، توسعه دهندگان آن می گویند که ممکن است در برنامه هایی مانند سنجش و طیف سنجی استفاده شود.

لیزرها با تابش نور به جلو و عقب بارها در یک حفره نوری که شامل یک محیط افزایش است که بین دو آینه قرار گرفته است، کار می کنند. همانطور که نور بین آینه ها به جلو و عقب منعکس می شود، محیط بهره آن را تقویت می کند و انتشار نور بیشتری را تحریک می کند و یک پرتو منسجم با محدوده طیفی بسیار باریک ایجاد می کند.

اولین لیزر ارگانیک - یعنی لیزری ساخته شده از مواد مبتنی بر کربن - در سال 1992 ساخته شد. با این حال، آن لیزر از یک منبع نور جداگانه برای هدایت محیط بهره خود استفاده کرد که طراحی آن را پیچیده و کاربردهای آن را محدود کرد. از آن زمان، محققان سعی کرده‌اند راهی برای ساخت یک لیزر ارگانیک بیابند که تنها با استفاده از میدان الکتریکی برای به حرکت درآوردن آن کار می‌کند، اما موفقیت‌آمیز نبود. فیزیکدان توضیح می دهد: «بنابراین این یک چالش بزرگ در این زمینه در 30 سال گذشته بوده است ایفور ساموئل، که مطالعه جدید را با خود رهبری کرد سنت اندروز هم قطار گراهام ترنبول.

ابتدا یک رکورد جهانی بشکنید

ساموئل توضیح می دهد که دو استراتژی اصلی برای طراحی یک لیزر ارگانیک الکتریکی وجود دارد. اولین مورد این است که کنتاکت های الکتریکی را روی محیط افزایش لیزر آلی قرار داده و بارها را از طریق آنها تزریق کنید. با این حال، ساختن لیزر به این روش دشوار است، زیرا بارهای تزریق شده، نور را در سراسر طیف لومینسانس ماده از طریق به اصطلاح حالت های سه گانه جذب می کنند. خود کنتاکت ها نیز نور را جذب می کنند. ساموئل می‌گوید: «از آنجایی که لیزر برای فراتر از تلفات به بهره (تقویت نوری) نیاز دارد، این جذب نور مانع بزرگی است.

در کار جدید که به تفصیل در طبیعتمحققان با این مشکل به روش دوم مقابله کردند: با فاصله مکانی بارها، سه قلوها و تماس ها از محیط بهره لیزر. با این حال، انجام این کار نیز کار آسانی نبود، زیرا به این معنی بود که آنها باید یک دیود ساطع کننده نور آلی آبی پالسی (OLED) با شدت خروجی نور رکورد جهانی بسازند تا محیط بهره را به حرکت درآورد. سپس آنها نیاز داشتند راهی برای جفت کردن تمام نور OLED به لیزر بیابند که از لایه نازکی از پلیمر نیمه هادی ساخته شده است که نور سبز ساطع می کند.

او می‌گوید: «برای ساخت این دستگاه، ابتدا حفره OLED و لیزر را به‌طور جداگانه قبل از انتقال OLED، روی بستری به ضخامت چند میکرون، روی سطح موجبر لیزری ساختیم». ادغام دقیق دو بخش برای دسترسی به الکترولومینسانس شدید تولید شده در داخل OLED برای محیط بهره بسیار مهم بود.

برای تکمیل طراحی، تیم از یک توری پراش در لیزر لایه نازک استفاده کرد تا یک بازخورد توزیع شده از انتشار نور تحریک شده در صفحه فیلم ارائه دهد، در حالی که پرتو لیزر خروجی را از سطح پراش می کرد.

یک فناوری کند سرعت می بخشد

دستگاه های نیمه هادی آلی به طور گسترده ای به عنوان یک فناوری "آهسته" در نظر گرفته می شوند زیرا تحرک بار در مواد آلی معمولاً نسبت به نیمه هادی های کریستالی سیلیکونی یا III-V کمتر است. ترنبول، با این حال، فکر می کند که نوآوری های تیم می تواند شروع به تغییر این درک کند. او می گوید: «کار ما این است که این مواد را به یک طرح عملیاتی بسیار سریع و شدید سوق می دهد دنیای فیزیک.

در مورد کاربردها، محققان می گویند که لیزرهای نیمه هادی آلی تمام الکتریکی جدید برای ادغام در دستگاه های پزشکی نقطه مراقبت که از حسگرهای مبتنی بر نور و طیف سنجی برای تشخیص بیماری یا نظارت بر علائم استفاده می کنند، ساده است. ترنبول می گوید: «رانندگی الکتریکی نیاز به منبع نور جداگانه برای پمپاژ آنها را برطرف می کند، که باید کاربردهای بالقوه را افزایش دهد.

با این حال، کارهای بیشتری برای بهینه سازی توان خروجی و کارایی لیزر جدید و گسترش نور خروجی آن در طیف مرئی وجود دارد. ترنبول نتیجه می گیرد: «چالش بزرگ بعدی در این زمینه ساخت لیزرهای نیمه هادی آلی با موج پیوسته است که به کنترل بیشتر جمعیت سه قلوی دردسرساز نیاز دارد.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک