近日，中國科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所發(fā)光學(xué)及應(yīng)用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有機(jī)激光課題組的電泵浦有機(jī)激光器的研究成果，以Light gain amplification in microcavity organic semiconductor laser diodes under electrical pumping為題，發(fā)表在Science Bulletin上。光學(xué)和光電子方面的權(quán)威媒體Laser Focus World, Photonics Media和美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)Eurekalert! Scince News報(bào)道了該項(xiàng)研究工作。
有機(jī)半導(dǎo)體激光器由于其材料豐富、低成本、柔性、可溶液加工等優(yōu)點(diǎn)，是有機(jī)光電子領(lǐng)域的核心器件，在柔性可穿戴設(shè)備、智能互連、生物醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，并引起國內(nèi)外科學(xué)家及產(chǎn)業(yè)界的極大關(guān)注。然而，絕大多數(shù)有機(jī)半導(dǎo)體激光器只能在光泵浦下工作，如何實(shí)現(xiàn)電泵浦有機(jī)半導(dǎo)體激光器成為有機(jī)光電領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。其關(guān)鍵難點(diǎn)在于復(fù)雜的激發(fā)態(tài)過程和不合理的器件結(jié)構(gòu)會(huì)引起巨大的光學(xué)損耗，而有機(jī)半導(dǎo)體薄膜的載流子遷移率偏低，因此普遍認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)激射（凈增益）往往需要極大的閾值電流密度（KA cm-2量級(jí)）。
針對(duì)上述難題，長(zhǎng)春光機(jī)所有機(jī)激光團(tuán)隊(duì)根據(jù)腔量子電動(dòng)力學(xué)原理、設(shè)計(jì)研制了高品質(zhì)的平面光學(xué)微腔，有效調(diào)控有機(jī)半導(dǎo)體材料的自發(fā)發(fā)射和受激發(fā)射特性，成功克服了器件光學(xué)損耗大的難題，從而在低閾值電流密度下實(shí)現(xiàn)了電泵浦有機(jī)半導(dǎo)體激光器。該器件以經(jīng)典有機(jī)小分子摻雜體系（Alq：DCJTI）為增益介質(zhì)，激光峰位于621.7nm，隨著電流的增加激光峰位保持不變，表明該器件具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。該激光器的閾值電流密度約為1.8mA/cm2，最小線寬約為0.835nm；在電流密度為16mA/cm2時(shí)的光增益達(dá)到最大，達(dá)到5.25dB。
Laser Focus World的高級(jí)主編John Wallace評(píng)價(jià)該工作，“該低閾值激光器的實(shí)現(xiàn)意味著室溫、連續(xù)激射的可行性，是有機(jī)半導(dǎo)體激光器獲得實(shí)際應(yīng)用的重要一步。”此外，該激光器極低閾值電流密度顛覆了人們對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體激光的認(rèn)識(shí)，表明高品質(zhì)因子微腔中的有機(jī)Frankel激子的激發(fā)態(tài)性質(zhì)以及相關(guān)的受激發(fā)射過程發(fā)生很大變化。開展上述物理過程的基礎(chǔ)研究將使人們對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體材料的激發(fā)態(tài)過程有更深入的理解和認(rèn)識(shí)，有助于推動(dòng)有機(jī)半導(dǎo)體的發(fā)展，催促全新型有機(jī)光電子器件的產(chǎn)生和廣泛應(yīng)用。
研究工作得到中科院知識(shí)創(chuàng)新工程項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、發(fā)光學(xué)及應(yīng)用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。
論文鏈接
圖1.研究結(jié)果被Laser Focus World報(bào)道
圖2.電泵浦有機(jī)激光器件的閾值及光放大特性
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