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日本研发连续波有机半导体激光器,发光时间比传统激光器增大百倍
金陵 2017-05-08
导语

Adachi教授补充道:“我们的最终目标是实现把有机薄膜激光直接作为电力能源来使用,该研究成果是向该目标迈近的重要一步。”

在日本科学技术振兴机构资助下,日本九州大学研究团队研发出一种光学泵浦有机薄膜激光器,已被证实具有连续发射30毫秒激光的能力,比以前的设备发光时间长100倍左右。有机薄膜激光器利用一层薄的有机分子层作为激光介质,通过对激光器的结构进行重新设计与分子合成,研究人员利用该激光器发射出比非有机激光器更宽的颜色范围,使之非常适合于各种光子学应用。

图:薄膜有机半导体激光器示意图

挑战

有机薄膜激光器存在一个很具有挑战性的问题需要解决,即由于激光器的长时间工作,长寿命的三重态激子造成的能量损失导致的热降解问题比较严重。

研究人员Atula S. D. Sandanayaka表示:“科学家们从事有机薄膜激光器的研究已经有很长一段时间,但是热降解和材料损失过程大大限制了激光器的工作时间。”

解决方案

日本九州大学有机光子与电子学研究中心一研究小组通过使用三重态激子实现了光损失的减小,该三重态激子吸收的光波波长不同于激光器发射的激光波长。

激光长时间工作后产生了热降解效应,通过将激光器安放在一个硅晶圆晶体上,并在有机激光介质上粘合一块蓝宝石晶体和一层特殊的聚合物,能够实现对热降解效应的降低。通过将硅和蓝宝石同激光器封装在一起,能够帮助设备快速将热量传导出去,封装技术能帮降低激光诱导的热降解效应,并且能够抑制增益介质的损失。

低阈值激光器

该小组开发了一个低阈值的表面发射有机分布式反馈式激光器,通过利用一个具有高光学增益、高荧光量子效率、在激射波长没有三重吸收损失的有机半导体薄膜,与一个混合阶分布反馈光栅实现了超低的激光阈值。该激光器工作在80MHz准连续模式、30毫秒长脉冲光激励条件下。

应用

研究团队的Chihaya Adachi教授表示:“这些设备工作在比较极端的条件之下,我们必须不断设计出新的方案,以消除设备的效率降低情况,同时防止设备自燃。”

该研究成果表明,我们可以通过设计增益介质或改变器件结构以实现连续波有机半导体激光器技术的发展。通过混合使用有机激光设备与非有机激光器,可以产生传统的激光器所不能产生的颜色,最终应用于光谱、通信、显示器或传感等领域。

下一步工作

该研究小组的下一步工作计划是将有机薄膜激光器的发射时间延长。

Adachi教授补充道:“我们的最终目标是实现把有机薄膜激光直接作为电力能源来使用,该研究成果是向该目标迈近的重要一步。”

文章链接:

Atula S. D. Sandanayaka, et al, Toward continuous-wave operation of organic semiconductor lasers.” Science Advances. 2017. doi: 10.1126/sciadv.1602570

(本文来源:大国重器—聚焦世界军用电子元器件;)

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  • 半导体激光器
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作者 金陵

本科生

北京大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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