Nye organiske lasere et skridt tættere på virkeligheden

Ny forskning kan gøre lasere, der udsender en bred vifte af farver, mere tilgængelige og åbne nye applikationer fra kommunikation og sansning til skærme.

Forskere ved Kyushu University's Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) rapporterede om en optisk pumpet organisk tyndfilmlaser, der kontinuerligt kan udsende lys i 30 ms, hvilket er mere end 100 gange længere end tidligere enheder.

I modsætning til de uorganiske lasere, der almindeligvis findes i cd-drev og laserpointere, organiske tyndfilmslasere bruger et tyndt lag af organiske molekyler som lasermediet, som er det materiale i enheden, der faktisk producerer laser ved at udsende og forstærke lys, når det exciteres med en energikilde. I dette tilfælde, energikilden var intenst ultraviolet lys fra en uorganisk laser.

Et meget lovende træk ved organiske tyndfilmslasere er muligheden for lettere at opnå farver, der er vanskelige med uorganiske lasere. Ved at designe og syntetisere molekyler med nye strukturer, emission af enhver regnbuefarve er mulig.

"Folk har studeret organiske tyndfilmslasere i lang tid, men nedbrydnings- og tabsprocesser har i høj grad begrænset varigheden af ​​emission, " siger Atula S. D. Sandanayaka, hovedforfatter af papiret i Videnskabens fremskridt rapportering af de nye resultater.

Forskerne var i stand til at reducere disse problemer og forlænge varigheden af ​​laseringen ved at kombinere tre strategier.

For at reducere større tab, der stammer fra absorptionen af ​​laseremission af energipakker - kaldet triplet-excitoner - som opbygges i det organiske lasermedium under drift, forskerne fandt et organisk lasermedium med triplet-excitoner, der absorberer en anden lysfarve end den, der udsendes af laseren.

Termisk nedbrydning forårsaget af opvarmning af laserne under drift blev reduceret ved at bygge enhederne på en krystallinsk siliciumwafer og lime et stykke safirglas oven på det organiske lasermedium med en speciel polymer.

Silicium og safir, som er gode varmeledere, hjælpe med hurtigt at fjerne varme fra enhederne og samtidig indkapsle dem.

Endelig, gennem optimering af en ofte brugt gitterstruktur - kaldet en distribueret feedbackstruktur i blandet orden - placeret under det organiske lasermedium for at give optisk feedback, den nødvendige energi til at betjene laserne blev reduceret til nye lavpunkter, yderligere mindske opvarmningen.

"Disse enheder fungerer virkelig i det ekstreme, så vi er nødt til at blive ved med at finde nye tricks for at eliminere enhver ineffektivitet og forhindre enhederne i at brænde sig selv ud, " siger professor Chihaya Adachi, direktør for OPERA.

Brug af disse enkle enheder sammen med uorganiske lasere er lovende for lettere at opnå farver, der er svære at producere ved brug af almindelige lasere, med applikationer inden for spektroskopi, kommunikation, skærme, og sensorer.

Udviklingen er stadig i gang for at opretholde emissionen i endnu længere varighed, men hvad er det næste?

"Vores ultimative mål er at realisere organiske tyndfilmslasere, der direkte bruger elektricitet som energikilde, og dette er et vigtigt skridt i den retning, " siger Adachi.