长春光机所电泵浦有机激光器研究获进展
作者:admin
发布日期:2021-02-24

       

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  有机半导体激光器由于其材料丰富、低成本、柔性、可溶液加工等优点,是有机光电子领域的核心器件,在柔性可穿戴设备、智能互连、生物医疗等领域具有广阔的应用前景,并引起国内外科学家及产业界的极大关注。然而,绝大多数有机半导体激光器只能在光泵浦下工作,如何实现电泵浦有机半导体激光器成为有机光电领域的重大挑战。其关键难点在于复杂的激发态过程和不合理的器件结构会引起巨大的光学损耗,而有机半导体薄膜的载流子迁移率偏低,因此普遍认为要实现激射(净增益)往往需要极大的阈值电流密度(KA cm-2量级)。

  针对上述难题,长春光机所有机激光团队根据腔量子电动力学原理、设计研制了高品质的平面光学微腔,有效调控有机半导体材料的自发发射和受激发射特性,成功克服了器件光学损耗大的难题,从而在低阈值电流密度下实现了电泵浦有机半导体激光器。该器件以经典有机小分子掺杂体系(Alq:DCJTI)为增益介质,激光峰位于621.7nm,随着电流的增加激光峰位保持不变,表明该器件具有优异的稳定性。该激光器的阈值电流密度约为1.8mA/cm2,最小线时的光增益达到最大,达到5.25dB。

  Laser Focus World的高级主编John Wallace评价该工作,“该低阈值激光器的实现意味着室温、连续激射的可行性,是有机半导体激光器获得实际应用的重要一步。”此外,该激光器极低阈值电流密度颠覆了人们对有机半导体激光的认识,表明高品质因子微腔中的有机Frankel激子的激发态性质以及相关的受激发射过程发生很大变化。开展上述物理过程的基础研究将使人们对有机半导体材料的激发态过程有更深入的理解和认识,有助于推动有机半导体的发展,促生全新型有机光电子器件的产生和广泛应用。

  近日,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室有机激光课题组的电泵浦有机激光器的研究成果,以Light gain amplification in microcavity organic semiconductor laser diodes under electrical pumping为题,发表在Science Bulletin上。光学和光电子方面的权威媒体Laser Focus World, Photonics Media和美国科学促进会EurekAlert! Science News报道了该项研究工作。

  有机半导体激光器由于其材料丰富、低成本、柔性、可溶液加工等优点,是有机光电子领域的核心器件,在柔性可穿戴设备、智能互连、生物医疗等领域具有广阔的应用前景,并引起国内外科学家及产业界的极大关注。然而,绝大多数有机半导体激光器只能在光泵浦下工作,如何实现电泵浦有机半导体激光器成为有机光电领域的重大挑战。其关键难点在于复杂的激发态过程和不合理的器件结构会引起巨大的光学损耗,而有机半导体薄膜的载流子迁移率偏低,因此普遍认为要实现激射(净增益)往往需要极大的阈值电流密度(KA cm-2量级)。

  针对上述难题,长春光机所有机激光团队根据腔量子电动力学原理、设计研制了高品质的平面光学微腔,有效调控有机半导体材料的自发发射和受激发射特性,成功克服了器件光学损耗大的难题,从而在低阈值电流密度下实现了电泵浦有机半导体激光器。该器件以经典有机小分子掺杂体系(Alq:DCJTI)为增益介质,激光峰位于621.7nm,随着电流的增加激光峰位保持不变,表明该器件具有优异的稳定性。该激光器的阈值电流密度约为1.8mA/cm2,最小线时的光增益达到最大,达到5.25dB。

  Laser Focus World的高级主编John Wallace评价该工作,“该低阈值激光器的实现意味着室温、连续激射的可行性,是有机半导体激光器获得实际应用的重要一步。”此外,该激光器极低阈值电流密度颠覆了人们对有机半导体激光的认识,表明高品质因子微腔中的有机Frankel激子的激发态性质以及相关的受激发射过程发生很大变化。开展上述物理过程的基础研究将使人们对有机半导体材料的激发态过程有更深入的理解和认识,有助于推动有机半导体的发展,促生全新型有机光电子器件的产生和广泛应用。

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