Nature重磅: 电驱动有机激光器！

famous程 1年前 (2023-09-28) 2035浏览

1.【导读】

有机半导体由共轭分子组成，可以通过简单的蒸发或溶液沉积，制成一系列电子和光电器件。有机半导体的性质可以通过改变其化学结构来进行调控，并且它们与各种衬底兼容。目前，有机发光二极管（OLED）、太阳能电池、晶体管和传感器等。然而，制造电驱动的有机半导体激光器是非常具有挑战性的，因为有机半导体通常只支持低电流密度，受到注入电荷和三重态的大量吸收，并由于接触而产生额外的损失。

2.【成果掠影】

基于以上研究背景，英国圣安德鲁斯大学Graham A. Turnbull 和Ifor D. W. Samuel教授（共同通讯作者）等人通过开发一种集成设备有效的将OLED与激光器耦合起来来实现电荷注入和激光的空间分离，从而大大降低了损耗。相关研究成果以“Electrically driven organic laser using integrated OLED pumping”为题发表在最新一期Nature期刊上。

3.【核心创新点】

  1. 开发了一种集成的器件结构，有效耦合OLED与激光器。
  2. 在集成结构的电驱动下，光输出与驱动电流间存在阈值，并形成了高于阈值的激光光束。

4.【数据概览】

图1. 电驱动有机半导体激光器的结构。© 2023 Springer Nature

  1. (a) TSBF和BBEHP-PPV的化学结构。
  2. (b) 电驱动激光器的截面示意图。
  3. (c) 电驱动激光器的俯视示意图。
  4. (d) 电驱动激光器的显微镜图像，内部为工作中的激光表面图像。Scale bars: 1 mm。

图2. PNPN衬底上TSBF-OLED的性能研究。。© 2023 Springer Nature

  1. (a) OLED的电致发光（EL）光谱以及薄膜光致发光（PL）光谱与吸光率（Abs）的对比。
  2. (b) 不同峰值电流密度下OLED电致发光的驱动电流和的时间曲线。
  3. (c) OLED峰值辐射出射度作为峰值电流密度函数图。
  4. (d) 已报道的OLEDs辐射出射度以及与本工作的对比。

图3. 电驱动下操作下集成激光器的表征。© 2023 Springer Nature

  1. (a) 在不同峰值电流密度下发射光谱的变化。
  2. (b) 激光强度作为峰值电流密度的函数图。
  3. (c) 电驱动激光器的远场发射图像和平均线束剖面。
  4. (d) 光泵浦激光器相应的远场发射图像和平均线束剖面。

图4. 电驱动激光器的辅助光泵浦测量。© 2023 Springer Nature

  1. (a) 辅助泵浦测量装置的原理图。
  2. (b) 集成激光输出强度作为峰值电流密度的函数图。
  3. (c) 归一化激光强度作为光泵浦功率密度的函数图。
  4. (d) 获得激光阈值所需的辅助OPO辐照度作为OLED强度的函数图。

5.【成果启示】

本工作展示了一种集成器件方法，在有机半导体中实现电驱动激光作用，从而解决了有机光电子学中的一个重要挑战。这种方法克服了直接电注入有机或混合钙钛矿激光器中普遍面临的主要困难，同时保持了操作优势。在本文的研究中，有机激光器要求OLED在极强的电流注入下工作，在强烈的短脉冲操作下，OLED的微观物理还未得到充分的探索。未来这方面的研究，有助于进一步了解有机半导体在这一机制下的动力学，会促进器件性能的显著提升，并使得超快有机光电的进一步应用成为可能。

原文详情： Electrically driven organic laser using integrated OLED pumping. Nature 621,  746–752 (2023). https://www.nature.com/articles/s41586-023-06488-5。

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