Nowością jest w pełni elektryczny laser organiczny – Physics World

Naukowcy z Uniwersytetu St Andrews w Szkocji stworzyli pierwszy organiczny laser półprzewodnikowy, który nie wymaga do działania osobnego źródła światła, co okazało się niezwykle trudne. Nowy, całkowicie napędzany elektrycznie laser jest bardziej kompaktowy niż poprzednie urządzenia i działa w widzialnym obszarze widma elektromagnetycznego. Twórcy twierdzą, że w związku z tym może znaleźć zastosowanie w takich zastosowaniach, jak wykrywanie i spektroskopia.

Lasery działają poprzez wielokrotne odbijanie światła tam i z powrotem we wnęce optycznej zawierającej ośrodek wzmacniający umieszczony pomiędzy dwoma zwierciadłami. Gdy światło odbija się tam i z powrotem pomiędzy zwierciadłami, ośrodek wzmacniający je wzmacnia, stymulując emisję większej ilości światła i tworząc spójną wiązkę o bardzo wąskim zakresie widmowym.

Pierwszy laser organiczny – czyli wykonany z materiału na bazie węgla – powstał w 1992 roku. Laser ten wykorzystywał jednak oddzielne źródło światła do napędzania ośrodka wzmacniającego, co skomplikowało jego konstrukcję i ograniczyło jego zastosowania. Od tego czasu badacze próbowali znaleźć sposób na wytworzenie organicznego lasera, który będzie działał przy użyciu wyłącznie pola elektrycznego do napędzania, ale bez powodzenia. „Było to zatem wielkie wyzwanie w tej dziedzinie przez ostatnie 30 lat” – wyjaśnia fizyk Jeśli dla Samuela, który wraz ze swoim współprowadził nowe badanie St Andrews kolega Grahama Turnbulla.

Najpierw pobij rekord świata

Samuel wyjaśnia, że ​​istnieją dwie główne strategie projektowania organicznego lasera napędzanego elektrycznie. Pierwszy polega na umieszczeniu styków elektrycznych na organicznym ośrodku wzmocnienia lasera i wstrzyknięciu przez nie ładunków. Wykonanie lasera w ten sposób jest jednak trudne, ponieważ wstrzykiwane ładunki absorbują światło w całym spektrum luminescencji materiału poprzez tzw. stany trypletowe. Same styki również pochłaniają światło. „Ponieważ laser potrzebuje wzmocnienia (wzmocnienia optycznego), aby przekroczyć straty, absorpcja światła stanowi ogromną barierę” – mówi Samuel.

W nowej pracy, szczegółowo opisanej w Naturabadacze poradzili sobie z tym problemem w drugi sposób: dystansując przestrzennie ładunki, trojaczki i kontakty od ośrodka wzmacniającego laser. Wykonanie tego również nie było łatwym zadaniem, ponieważ oznaczało, że musieli wyprodukować pulsującą niebieską organiczną diodę elektroluminescencyjną (OLED) o rekordowym na świecie natężeniu światła, aby napędzać ośrodek wzmacniający. Następnie musieli znaleźć sposób na połączenie całego światła OLED z laserem, który wykonali z cienkiej warstwy polimeru półprzewodnikowego, który emituje zielone światło.

„Aby wyprodukować urządzenie, początkowo wytworzyliśmy oddzielnie diodę OLED i wnękę lasera, a następnie przenieśliśmy diodę OLED na podłoże o grubości zaledwie kilku mikronów na powierzchnię falowodu laserowego” – mówi. „Staranna integracja dwóch sekcji miała kluczowe znaczenie, aby ośrodek wzmacniający mógł uzyskać dostęp do intensywnej elektroluminescencji generowanej wewnętrznie w diodzie OLED”.

Aby ukończyć projekt, zespół wykorzystał siatkę dyfrakcyjną w laserze cienkowarstwowym, aby zapewnić rozproszone sprzężenie zwrotne wymuszonej emisji światła w płaszczyźnie błony, jednocześnie uginając wyjściową wiązkę lasera od powierzchni.

Powolna technologia przyspiesza

Organiczne urządzenia półprzewodnikowe są powszechnie uważane za technologię „powolną”, ponieważ ruchliwość ładunku w materiałach organicznych jest zwykle o rząd wielkości mniejsza niż w przypadku półprzewodników krzemowych lub krystalicznych III-V. Turnbull uważa jednak, że innowacje zespołu mogą zacząć zmieniać to postrzeganie. „Nasza praca wymaga bardzo szybkiego i intensywnego działania tych materiałów” – mówi Świat Fizyki.

Nowy laser półprzewodnikowy zapewnia wysoką moc przy jednej częstotliwości

Jeśli chodzi o zastosowania, naukowcy twierdzą, że nowe, w pełni elektryczne organiczne lasery półprzewodnikowe można łatwo zintegrować z przyłóżkowymi urządzeniami medycznymi, które wykorzystują wykrywanie światła i spektroskopię do diagnozowania chorób lub monitorowania objawów. „Napęd elektryczny eliminuje potrzebę stosowania oddzielnego źródła światła do ich pompowania, co powinno poszerzyć potencjalne zastosowania” – mówi Turnbull.

Jednakże pozostaje jeszcze wiele do zrobienia, aby zoptymalizować moc wyjściową i wydajność nowego lasera oraz poszerzyć jego strumień świetlny w całym spektrum widzialnym. „Kolejnym dużym wyzwaniem w tej dziedzinie będzie stworzenie organicznych laserów półprzewodnikowych o fali ciągłej, co będzie wymagało dalszej kontroli kłopotliwej populacji tripletów” – podsumowuje Turnbull.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/all-electric-organic-laser-is-a-first/