近日，來自蘇格蘭圣安德魯斯大學(xué)的研究人員制造出了全球第一臺不需要單獨光源就能工作的有機半導(dǎo)體激光器。

在以往，打造這樣的設(shè)備非常具有挑戰(zhàn)性。新的全電驅(qū)動激光器比以前的設(shè)備更緊湊，并且在電磁波譜的可見區(qū)域工作。因此，它的開發(fā)人員表示，它可能會在傳感和光譜學(xué)等應(yīng)用中實現(xiàn)落地。

第一個有機激光器（即由碳基材料制成的激光器）于1992年被創(chuàng)造出來。然而，該激光器使用單獨的光源驅(qū)動其增益介質(zhì)，這使其設(shè)計復(fù)雜化并限制了其應(yīng)用。從那以后，研究人員一直試圖找到一種方法來制造一種只使用電場驅(qū)動的有機激光器，但沒有成功。

而研究人員最新開發(fā)出的這種能夠?qū)崿F(xiàn)電驅(qū)動的有機半導(dǎo)體激光器，首先是制造出具有世界紀(jì)錄光輸出的有機發(fā)光二極管，然后仔細地將其與聚合物激光結(jié)構(gòu)結(jié)合起來。

打破世界紀(jì)錄

共同領(lǐng)導(dǎo)了這項新研究的物理學(xué)家Samuel表示，這是過去30年中該領(lǐng)域遭遇的一個巨大挑戰(zhàn)。與此同時，由于實現(xiàn)了電驅(qū)動，激光器不在需要單獨的光源來驅(qū)動它們，其潛在的應(yīng)用范圍也將得以擴大。

設(shè)計電驅(qū)動有機激光器有兩種主要策略。第一種方法是在有機激光增益介質(zhì)上放置電觸點并通過它們注入電荷。然而，用這種方法制造激光器是很困難的，因為注入的電荷通過所謂的三重態(tài)吸收了材料發(fā)光光譜中的光。觸點本身也會吸收光線。由于激光需要增益（光放大）來超過損失，因此光吸收是一個巨大的障礙。

在《自然》雜志上詳細介紹的這項新研究中，研究人員用第二種方法解決了這個問題：通過在空間上使電荷、三重態(tài)和接觸與激光增益介質(zhì)保持距離。然而，要做到這一點也不容易，因為這意味著他們需要制造出具有世界紀(jì)錄光輸出強度的脈沖藍色有機發(fā)光二極管（OLED）來驅(qū)動增益介質(zhì)。然后，他們需要找到一種方法，將所有的有機發(fā)光二極管的光耦合到激光中，激光是由一層薄薄的半導(dǎo)體聚合物制成的，可以發(fā)出綠光。

“為了制造這個裝置，我們最初分別制造了OLED和激光腔，然后將OLED轉(zhuǎn)移到只有幾微米厚的襯底上，轉(zhuǎn)移到激光波導(dǎo)的表面。這兩個部分的精密集成，對于增益介質(zhì)訪問OLED內(nèi)部產(chǎn)生的強烈電致發(fā)光至關(guān)重要?！?/p>

為了完成設(shè)計，該團隊在薄膜激光器中使用衍射光柵，在薄膜平面上提供受激光發(fā)射的分布式反饋，同時從表面衍射輸出激光束。

緩慢的技術(shù)加速發(fā)展

有機半導(dǎo)體器件被廣泛認為是一種“緩慢”的技術(shù)，因為有機材料中的電荷遷移率通常比硅或III－V晶體半導(dǎo)體低幾個數(shù)量級。然而，另一位領(lǐng)導(dǎo)該研究的科學(xué)家、圣安德魯斯大學(xué)的Graham Turnbull表示：“我們的工作是推動這些材料進入一個非?？焖俸蛷娏业牟僮饔媱??！?/p>

至于應(yīng)用，研究人員說，新的全電有機半導(dǎo)體激光器將直接集成到使用基于光的傳感和光譜學(xué)來診斷疾病或監(jiān)測癥狀的醫(yī)療設(shè)備中。

編輯：黃飛