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    全球首個有機半導體激光器

    原創文章 發布人:互聯網 發布時間:2023-11-22 09:41

      在光學領域,激光是非常關鍵的技術,它們的應用從電信到醫療診斷,非常廣泛。然而,傳 統的激光技術主要依賴于剛性、易碎的半導體晶體,如砷化鎵,這給成本、靈活性和集成到現代緊湊型設備方面帶來了很多問題。對緊湊而靈活的激光技術的追求促使研究人員探索有機半導體。英國圣安德魯斯大學(University of St Andrews)圣安德魯斯大學最近取得的突破,開發了一種電驅動有機半導體激光器(electrically driven organic semiconductor laser)。

      第一個有機激光器(即由碳基材料制成的激光器)于1992年被創造出來。然而,該激光器使用單獨的光源驅動其增益介質,這使其設計復雜化并限制了其應用。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動的有機激光器,但沒有成功。

      而研究人員最新開發出的這種能夠實現電驅動的有機半導體激光器,首先是制造出具有世界紀錄光輸出的有機發光二極管,然后仔細地將其與聚合物激光結構結合起來。

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      在醫學領域,有機激光的光譜學能力可以通過便攜式設備進行更準確的疾病檢測,從而大大提高檢測結果。此外,其精確和定向的光可以用于外科手術或光動力治療,從而以最小的附帶損害,所以可以進行更有針對性的治療。環境部門也可以從這種通過有機半導體激光器光譜分析監測污染物的技術中受益。設計電驅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吸收了材料發光光譜中的光。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、三重態和接觸與激光增益介質保持距離。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錄光輸出強度的脈沖藍色有機發光二極管(OLED)來驅動增益介質。然后,他們需要找到一種方法,將所有的有機發光二極管的光耦合到激光中,激光是由一層薄薄的半導體聚合物制成的,可以發出綠光。

      此外,制造業可以利用這種有機半導體激光器的精度進行切割、焊接和標記等材料加工任務,這對微加工和其他先進制造技術至關重要。有機激光器的廣譜發射能力和電力泵送的潛力簡化了其操作,使其成為便攜式和現場部署激光系統的優良選項。有機半導體器件被廣泛認為是一種“緩慢”的技術,因為有機材料中的電荷遷移率通常比硅或III-V晶體半導體低幾個數量級。然而,另一位領導該研究的科學家、圣安德魯斯大學的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??!敝劣趹?,研究人員說,新的全電有機半導體激光器將直接集成到使用基于光的傳感和光譜學來診斷疾病或監測癥狀的醫療設備中。


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