전전기 유기 레이저는 최초입니다 – Physics World

전전기 유기 레이저는 최초입니다 – Physics World

타임 스탬프 : 14 년 2023 월 4 일 오전 33:XNUMX

새로운 OLED 펌핑 레이저의 개략도
장치의 개략도. 유기 LED는 접점 사이에 유기층이 있는 상단에 있습니다. 여기에 전압이 가해지면 전하가 주입되고 빛이 생성되어 유기 레이저가 여기됩니다(그림의 아래쪽 절반). 유기 레이저는 격자를 포함하고 피드백을 적용하며 구조 외부로 레이저 광의 일부를 회절시킵니다(그림의 노란색 화살표). (제공 : 요시다 코우)

스코틀랜드 세인트앤드루스대학교 연구진이 별도의 광원이 필요 없는 최초의 유기반도체 레이저를 개발했는데, 이는 그간 극도로 어려웠던 일이다. 새로운 완전 전기 구동 레이저는 이전 장치보다 더 컴팩트하며 전자기 스펙트럼의 가시 영역에서 작동합니다. 따라서 개발자들은 감지 및 분광학과 같은 응용 분야에서 사용할 수 있다고 말합니다.

레이저는 두 개의 거울 사이에 끼워진 이득 매질로 구성된 광학 공동에서 빛을 앞뒤로 여러 번 반사시키는 방식으로 작동합니다. 빛이 거울 사이에서 앞뒤로 반사되면 이득 매질이 빛을 증폭시켜 더 많은 빛의 방출을 자극하고 매우 좁은 스펙트럼 범위의 간섭성 빔을 생성합니다.

최초의 유기 레이저, 즉 탄소 기반 재료로 만들어진 레이저는 1992년에 만들어졌습니다. 그러나 이 레이저는 이득 매질을 구동하기 위해 별도의 광원을 사용했기 때문에 설계가 복잡하고 응용 분야가 제한되었습니다. 그 이후로 연구자들은 전기장만을 사용하여 작동하는 유기 레이저를 만드는 방법을 찾으려고 노력했지만 성공하지 못했습니다. “따라서 이것은 지난 30년 동안 이 분야에서 엄청난 도전이었습니다.”라고 물리학자는 설명합니다. 사무엘이라면, 그는 자신과 함께 새로운 연구를 공동 주도했습니다. 세인트 앤드류스 동료 그레이엄 턴불.

먼저, 세계 기록을 깨세요.

전기 구동 유기 레이저를 설계하는 데는 두 가지 주요 전략이 있다고 Samuel은 설명합니다. 첫 번째는 유기 레이저 이득 매체에 전기 접점을 배치하고 이를 통해 전하를 주입하는 것입니다. 그러나 이러한 방식으로 레이저를 만드는 것은 어렵습니다. 왜냐하면 주입된 전하는 소위 삼중항 상태를 통해 재료의 발광 스펙트럼에 걸쳐 빛을 흡수하기 때문입니다. 접점 자체도 빛을 흡수합니다. "레이저가 손실을 초과하려면 이득(광학 증폭)이 필요하기 때문에 이러한 빛 흡수는 큰 장벽입니다."라고 Samuel은 말합니다.

자세한 내용은 신작에서 자연, 연구원들은 두 번째 방법으로 이 문제를 해결했습니다. 즉, 레이저 이득 매질에서 전하, 삼중항 및 접점을 공간적으로 멀리 두는 것입니다. 그러나 이를 수행하는 것도 쉬운 작업이 아니었습니다. 이는 게인 매질을 구동하기 위해 세계 기록적인 광 출력 강도를 갖춘 펄스 청색 유기 발광 다이오드(OLED)를 만들어야 함을 의미했기 때문입니다. 그런 다음 그들은 이 OLED의 모든 빛을 녹색 빛을 방출하는 얇은 반도체 폴리머 층으로 만든 레이저에 결합하는 방법을 찾아야 했습니다.

"장치를 만들기 위해 우리는 처음에 OLED와 레이저 캐비티를 별도로 제작한 후 불과 몇 마이크론 두께의 기판에서 레이저 도파관 표면으로 OLED를 전사했습니다."라고 그는 말합니다. "두 섹션을 조심스럽게 통합하는 것은 이득 매체가 OLED 내부에서 생성된 강렬한 전기발광에 접근하는 데 중요했습니다."

디자인을 완성하기 위해 팀은 표면에서 출력 레이저 빔을 회절시키면서 필름 평면에서 자극된 빛 방출의 분산 피드백을 제공하기 위해 박막 레이저의 회절 격자를 사용했습니다.

느린 기술이 속도를 높인다

유기 반도체 소자는 유기 물질의 전하 이동도가 일반적으로 실리콘이나 III-V 결정질 반도체에 비해 수십 배 낮기 때문에 "느린" 기술로 널리 알려져 있습니다. 그러나 Turnbull은 팀의 혁신이 그러한 인식을 바꾸기 시작할 수 있다고 생각합니다. "우리 작업은 이러한 재료를 매우 빠르고 집중적인 운영 계획으로 밀어넣는 것입니다."라고 그는 말합니다. 물리 세계.

응용 분야에 있어서, 연구원들은 새로운 전전기 유기 반도체 레이저가 질병을 진단하거나 증상을 모니터링하기 위해 빛 기반 감지 및 분광학을 사용하는 현장 의료 장치에 쉽게 통합될 것이라고 말했습니다. Turnbull은 “전기 구동을 사용하면 별도의 광원을 펌핑할 필요가 없으므로 잠재적인 응용 분야가 넓어질 것입니다.”라고 말합니다.

그러나 새로운 레이저의 출력 전력과 효율성을 최적화하고 가시광선 스펙트럼 전체에 걸쳐 광 출력을 넓히기 위해서는 추가 작업이 필요합니다. “이 분야의 다음 큰 도전은 연속파 유기 반도체 레이저를 만드는 것이 될 것이며, 이를 위해서는 문제가 되는 삼중항 집단의 추가 제어가 필요할 것입니다.”라고 Turnbull은 결론지었습니다.

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