Исследователи из Исследовательского центра органической фотоники и электроники (Center for Organic Photonics and Electronics Research, OPERA), университета Кюсю, Япония, разработали новый тип тонкопленочного органического лазера с оптической накачкой. И этот лазер, благодаря использованию ряда инновационных решений, способен излучать свет непрерывно в течение 30 миллисекунд, что в 100 раз дольше, чем это могли делать подобные устройства предыдущего поколения.
В отличие от твердотельных лазеров на основе неорганических материалов, используемых обычно в лазерных оптических приводах и лазерных указках, органические лазеры используют для усиления света тонкий слой, состоящий из органических молекул строго определенного типа вещества. Одним из главных преимуществ органических лазеров является то, что при их помощи достаточно получить свет любого цвета и оттенка, для этого достаточно лишь использовать молекулы определенного вещества с подходящими оптическими свойствами.
Ученые работают над созданием органических лазеров уже достаточно долгое время. Но их усилия пока еще не принесли значительных результатов из-за того, что органические вещества достаточно быстро деградируют, находясь в среде, через которую проходят значительные потоки энергии. Деградация молекул приводит к резкому увеличению потерь энергии и делает дальнейшую работу органического лазера практически невозможной.
Японским ученым удалось найти решение проблемы и увеличить время непрерывного излучения лазером когерентного света при помощи использования трех различных методов. Первой частью решения стал материал, из которого было изготовлено тело органического лазера, который эффективно поглощает свет с любой длиной волны, отличной от длины волны излучаемого света. Этот эффект придает лазеру высокую эффективность за счет образования троек эксионов, квазичастиц, состоящих из связанного друг с другом электрона и электронной дырки.
Тепловая деградация органического материала была снижена за счет создания всего устройства на прозрачной кремниевой подложке, а верхняя часть структуры лазера была приклеена при помощи специального полимера к основанию из сапфирового стекла. Кремний и сапфир являются достаточно хорошими проводниками тепла, что обеспечивает весьма хороший теплоотвод и эффективное охлаждение лазера во время работы.
И третьей частью решения стал слой материала, помещенный под слоем органического тела лазера, который обеспечил оптическую обратную связь, регулирующую соотношение количества поглощаемого ультрафиолетового света с количеством излучаемого света. Такая обратная связь позволяет уменьшить количество поглощаемой лазером энергии накачки, что снижает количество потерь и исключает возможность перегрева, ведущего к деградации органического материала.
Используя органические лазеры совместно с лазерами на базе неорганических материалов, можно будет достаточно легко получать цвета и оттенки света, которые невозможно или очень тяжело получить при помощи обычных лазеров. И такие гибридные лазерные устройства могут найти широкое применение в датчиках различных типов, в спектроскопии, в оптических коммуникациях и в технологиях отображения информации.
А в своей дальнейшей работе японские ученые будут искать дополнительные методы и решения, которые позволят им увеличить время непрерывной работы их органических тонкопленочных лазеров. Помимо этого, будет проведена работа, направленная на прямое использование электрического тока в качестве основного источника энергии для накачки органического лазера.