OLEDs可能成为电驱动有机半导体激光器的解决方案

近日，圣安德鲁斯大学的研究人员利用一种新方法展示了一种电驱动有机半导体激光器，这种方法可以提高激光器的性能，并推动超快有机光电子应用的发展。研究人员使用间接OLED泵浦为激光器供电。对此，他们构建了一种集成设备结构，将具有极高光输出的有机发光二极管与基于聚合物的分布式反馈激光器有效地耦合在一起。

大多数有机半导体激光器都是由另一种激光器进行光学泵浦，这是一个复杂而昂贵的过程。电泵浦涉及注入电流以产生种群反转，在有机半导体中实现这一过程具有挑战性，因为有机半导体的电荷载流子迁移率低，很难注入高电流密度。这样做会导致在激光波长处有一定吸收的注入电荷累积。

有机半导体的低迁移率意味着触点必须非常靠近增益介质，这也会导致损耗。此外，许多注入的电荷会形成三重电荷，这些电荷不会对荧光材料的光发射做出贡献，但可能会吸收发射的光并淬灭单重电荷。

为了规避这些挑战，研究人员设计了一种利用有机发光二极管间接电泵的方法。首先，研究人员将注入电荷的区域与形成激光种群反转的区域分开。然后，他们通过电荷注入区域的电致发光激发增益介质。

通过这种方法，研究人员避免了注入电荷造成的损耗，并减少了三重电荷和接触造成的损耗。电荷注入和激光之间的空间隔离，大大降低了整体损耗。

在集成结构的电驱动下，研究人员观察到光输出相对于驱动电流的阈值、窄发射光谱以及在阈值之上形成的光束，从而证实他们的方法产生了激光。阈值行为、光谱变窄和器件发出的偏振光束为激光提供了证据，与所使用的增益介质和谐振器的特性相一致。

有机半导体的优点包括灵活性、可见光发射和在简单制造电子设备方面的作用。它们可用于太阳能电池、晶体管、传感器以及手机和电视中的有机发光二极管显示屏。研究小组的研究表明，有机发光二极管的间接电泵浦是实现广泛应用电驱动有机半导体激光器的有效方法。

通过有机发光二极管的间接电泵浦对有机半导体激光器进行电泵浦，还能促进用于光谱学、计量学和传感的可见光激光器的开发。Graham Turnbull教授说：“我们希望这种新型激光器在制造过程中使用更少的能量，并在未来产生整个可见光谱的激光。”

研究人员的有机激光方法要求有机发光二极管在异常强烈的电流注入下工作，以便制造出非常快速的有机光电设备。研究小组认为，要实现他们的方法的实际应用，还需要更充分地探索有机发光二极管在这种高强度、短脉冲操作下的微观物理特性。

研究人员预计，他们的工作将推动未来的研究，以了解有机半导体在这一状态下的动态。随着进一步的发展，集成OLED泵浦以电力驱动有机激光的工艺有可能与OLED显示器集成，从而实现显示器之间的通信，或用于光谱学应用，以检测疾病和环境污染物。

30年来，研究人员一直在研究为有机半导体激光器提供电力的解决方案。圣安德鲁斯大学教授Ifor Samuel说：“用有机材料制造电驱动激光器一直是全球研究人员面临的巨大挑战。现在经过多年的努力，我们很高兴能够制造出这种新型激光器。”