全電気式有機レーザーは初 – Physics World

スコットランドのセント・アンドリュース大学の研究者らは、動作に別個の光源を必要としない初の有機半導体レーザーを開発したが、これは非常に困難であることが判明した。 新しい全電気駆動レーザーは、以前のデバイスよりもコンパクトで、電磁スペクトルの可視領域で動作します。 そのため、開発者らは、センシングや分光学などの用途に応用できる可能性があると述べている。

レーザーは、XNUMX つのミラーの間に挟まれた利得媒体で構成される光キャビティ内で光を何度も往復させて動作します。 光がミラー間で前後に反射すると、利得媒体が光を増幅し、より多くの光の放射を刺激し、非常に狭いスペクトル範囲のコヒーレントなビームを生成します。

最初の有機レーザー、つまり炭素ベースの材料で作られたレーザーは 1992 年に作成されました。しかし、そのレーザーは利得媒体を駆動するために別の光源を使用していたため、設計が複雑になり、用途が制限されました。 それ以来、研究者たちは、駆動に電場のみを使用して動作する有機レーザーを作成する方法を見つけようと試みてきましたが、成功していません。 「したがって、これは過去 30 年間、この分野における大きな課題でした」と物理学者は説明します イフォル・サミュエル、彼と新しい研究を共同主導した セントアンドリュース 同僚 グラハム・ターンブル.

まずは世界記録を破る

電気駆動有機レーザーの設計には主に XNUMX つの戦略があるとサミュエル氏は説明します。 XNUMX つ目は、有機レーザー利得媒体上に電気接点を配置し、それらを通じて電荷を注入することです。 しかし、注入された電荷がいわゆる三重項状態を介して材料の発光スペクトル全体にわたる光を吸収するため、この方法でレーザーを作成するのは困難です。 コンタクト自体も光を吸収します。 「レーザーは損失を超えるために利得（光増幅）が必要なので、この光吸収が大きな障壁になります」とサミュエル氏は言います。

に詳しく書かれている新作では、 自然研究者らは XNUMX 番目の方法でこの問題に取り組みました。それは、電荷、三重項、および接点をレーザー利得媒体から空間的に遠ざけることです。 ただし、これを行うことも簡単な作業ではありませんでした。利得媒体を駆動するために世界記録の光出力強度を備えたパルス青色有機発光ダイオード (OLED) を作成する必要があることを意味しました。 次に、この OLED の光をすべてレーザーに結合する方法を見つける必要がありました。このレーザーは、緑色の光を発する半導体ポリマーの薄層から作られていました。

「このデバイスを作るために、最初にOLEDとレーザーキャビティを別々に製造してから、わずか数ミクロンの厚さの基板上のOLEDをレーザー導波路の表面に転写しました」と彼は言います。 「利得媒体が OLED の内部で生成される強力なエレクトロルミネッセンスにアクセスするには、XNUMX つのセクションを慎重に統合することが重要でした。」

設計を完成させるために、チームは薄膜レーザーに回折格子を使用して、出力レーザービームを表面から回折しながら、薄膜面内で誘導光放出の分散フィードバックを提供しました。

遅いテクノロジーがスピードアップする

有機材料の電荷移動度は通常、シリコンや III-V 族結晶半導体よりも桁違いに低いため、有機半導体デバイスは「遅い」技術であると広く考えられています。 しかしターンブル氏は、チームのイノベーションがその認識を変え始める可能性があると考えている。 「私たちの仕事は、これらの材料を非常に高速かつ強力な操作スキームに押し込むことです」と彼は語ります。 物理学の世界.

新しい半導体レーザーは、単一周波数で高出力を提供します

応用分野に関しては、研究者らは、新しい全電気有機半導体レーザーは、病気の診断や症状の監視に光ベースのセンシングと分光法を使用するポイントオブケア医療機器に簡単に統合できるだろうと述べている。 「電気駆動により、ポンプ用の別個の光源が不要になり、潜在的な用途が広がるはずです」とターンブル氏は言う。

ただし、新しいレーザーの出力パワーと効率を最適化し、その光出力を可視スペクトル全体に広げるためには、さらなる作業が必要です。 「この分野における次の大きな課題は、連続波の有機半導体レーザーを作ることになるでしょう。それには、厄介な三重項集団をさらに制御する必要があるでしょう」とターンブル氏は結論づけています。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/all-electric-organic-laser-is-a-first/