Laser organik serba listrik adalah yang pertama – Dunia Fisika

Laser organik serba listrik adalah yang pertama – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 14 November 2023 4

Diagram skema laser yang dipompa OLED baru
Skema perangkat. LED organik berada di bagian atas – lapisan organik di antara kontak. Tegangan diterapkan padanya, menyuntikkan muatan dan menghasilkan cahaya yang kemudian merangsang laser organik (bagian bawah gambar). Laser organik memiliki kisi-kisi, menerapkan umpan balik dan juga mendifraksikan sebagian sinar laser keluar dari struktur – panah kuning pada gambar. (Sumber: Kou Yoshida)

Para peneliti di Universitas St Andrews di Skotlandia telah membuat laser semikonduktor organik pertama yang tidak memerlukan sumber cahaya terpisah untuk beroperasi – sesuatu yang terbukti sangat menantang. Laser baru yang seluruhnya digerakkan secara elektrik ini lebih kompak dibandingkan perangkat sebelumnya dan beroperasi di wilayah spektrum elektromagnetik yang terlihat. Oleh karena itu, pengembangnya mengatakan mungkin dapat digunakan dalam aplikasi seperti penginderaan dan spektroskopi.

Laser bekerja dengan memantulkan cahaya berkali-kali dalam rongga optik yang terdiri dari media penguatan yang diapit di antara dua cermin. Saat cahaya dipantulkan bolak-balik di antara cermin, media penguatan memperkuatnya, menstimulasi emisi lebih banyak cahaya dan menciptakan sinar koheren dengan rentang spektral yang sangat sempit.

Laser organik pertama – yaitu, yang terbuat dari bahan berbasis karbon – dibuat pada tahun 1992. Namun, laser tersebut menggunakan sumber cahaya terpisah untuk menggerakkan media penguatannya, sehingga memperumit desain dan membatasi penerapannya. Sejak saat itu, para peneliti mencoba menemukan cara untuk membuat laser organik yang bekerja hanya menggunakan medan listrik untuk menggerakkannya, namun tidak berhasil. “Oleh karena itu, ini merupakan tantangan besar di lapangan selama 30 tahun terakhir,” jelas fisikawan tersebut Ifor Samuel, yang ikut memimpin studi baru bersamanya St Andrews rekan Graham Turnbull.

Pertama, pecahkan rekor dunia

Ada dua strategi utama untuk merancang laser organik yang digerakkan secara listrik, jelas Samuel. Yang pertama adalah menempatkan kontak listrik pada media penguatan laser organik dan menyuntikkan muatan melaluinya. Namun, sulit untuk membuat laser dengan cara ini, karena muatan yang disuntikkan menyerap cahaya melintasi spektrum pendaran material melalui apa yang disebut keadaan triplet. Kontaknya sendiri juga menyerap cahaya. “Karena laser memerlukan penguatan (amplifikasi optik) untuk melebihi kerugiannya, penyerapan cahaya ini merupakan penghalang yang sangat besar,” kata Samuel.

Dalam karya baru, yang dirinci dalam Alam, para peneliti mengatasi masalah ini dengan cara kedua: dengan menjauhkan muatan, kembar tiga, dan kontak secara spasial dari media penguatan laser. Namun, melakukan hal ini juga bukan tugas yang mudah, karena itu berarti mereka perlu membuat dioda pemancar cahaya organik (OLED) biru berdenyut dengan intensitas keluaran cahaya yang memecahkan rekor dunia untuk menggerakkan media penguatan. Mereka kemudian perlu menemukan cara untuk memasangkan semua cahaya OLED ini ke dalam laser, yang mereka buat dari lapisan tipis polimer semikonduktor yang memancarkan cahaya hijau.

“Untuk membuat perangkat ini, awalnya kami membuat OLED dan rongga laser secara terpisah sebelum mentransfer OLED, pada substrat dengan ketebalan hanya beberapa mikron, ke permukaan pandu gelombang laser,” katanya. “Integrasi yang cermat dari kedua bagian ini sangat penting agar media penguatan dapat mengakses elektroluminesensi intens yang dihasilkan secara internal dalam OLED.”

Untuk menyelesaikan desain, tim menggunakan kisi difraksi pada laser film tipis untuk memberikan umpan balik terdistribusi dari emisi cahaya terstimulasi pada bidang film, sekaligus mendifraksikan sinar laser keluaran dari permukaan.

Teknologi yang lambat akan mempercepat

Perangkat semikonduktor organik secara luas dianggap sebagai teknologi “lambat” karena mobilitas muatan dalam bahan organik biasanya lebih rendah dibandingkan silikon atau semikonduktor kristal III-V. Namun Turnbull berpendapat bahwa inovasi tim dapat mulai mengubah persepsi tersebut. “Pekerjaan kami adalah mendorong material ini ke dalam skema pengoperasian yang sangat cepat dan intens,” katanya Dunia Fisika.

Mengenai penerapannya, para peneliti mengatakan laser semikonduktor organik serba listrik yang baru akan mudah diintegrasikan ke dalam perangkat medis di tempat perawatan yang menggunakan penginderaan berbasis cahaya dan spektroskopi untuk mendiagnosis penyakit atau memantau gejala. “Penggerak listrik menghilangkan kebutuhan akan sumber cahaya terpisah untuk memompanya, yang akan memperluas potensi penerapannya,” kata Turnbull.

Namun, masih ada pekerjaan lebih lanjut yang harus dilakukan untuk mengoptimalkan daya dan efisiensi keluaran laser baru serta memperluas keluaran cahayanya di seluruh spektrum yang terlihat. “Tantangan besar berikutnya di bidang ini adalah membuat laser semikonduktor organik gelombang kontinu, yang memerlukan pengendalian lebih lanjut terhadap populasi triplet yang menyusahkan,” simpul Turnbull.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika