電泵浦有機激光器研究獲進展

近日，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所發光學及應用國家重點實驗室有機激光課題組的電泵浦有機激光器的研究成果，以Light gain amplification in microcavity organic semiconductor laser diodes under electrical pumping為題，發表在Science Bulletin上。光學和光電子方面的權威媒體Laser Focus World, Photonics Media和美國科學促進會EurekAlert! Science News報道了該項研究工作。

有機半導體激光器由於其材料豐富、低成本、柔性、可溶液加工等優點，是有機光電子領域的核心器件，在柔性可穿戴設備、智能互連、生物醫療等領域具有廣闊的應用前景，並引起國內外科學家及產業界的極大關注。然而，絕大多數有機半導體激光器只能在光泵浦下工作，如何實現電泵浦有機半導體激光器成為有機光電領域的重大挑戰。其關鍵難點在於複雜的激發態過程和不合理的器件結構會引起巨大的光學損耗，而有機半導體薄膜的載流子遷移率偏低，因此普遍認為要實現激射（凈增益）往往需要極大的閾值電流密度（KA cm-2量級）。

針對上述難題，長春光機所有機激光團隊根據腔量子電動力學原理、設計研製了高品質的平面光學微腔，有效調控有機半導體材料的自發發射和受激發射特性，成功克服了器件光學損耗大的難題，從而在低閾值電流密度下實現了電泵浦有機半導體激光器。該器件以經典有機小分子摻雜體系（Alq：DCJTI）為增益介質，激光峰位於621.7nm，隨著電流的增加激光峰位保持不變，表明該器件具有優異的穩定性。該激光器的閾值電流密度約為1.8mA/cm2，最小線寬約為0.835nm；在電流密度為16mA/cm2時的光增益達到最大，達到5.25dB。

Laser Focus World的高級主編John Wallace評價該工作，「該低閾值激光器的實現意味著室溫、連續激射的可行性，是有機半導體激光器獲得實際應用的重要一步。」此外，該激光器極低閾值電流密度顛覆了人們對有機半導體激光的認識，表明高品質因子微腔中的有機Frankel激子的激發態性質以及相關的受激發射過程發生很大變化。開展上述物理過程的基礎研究將使人們對有機半導體材料的激發態過程有更深入的理解和認識，有助於推動有機半導體的發展，促生全新型有機光電子器件的產生和廣泛應用。

研究工作得到中科院知識創新工程項目、國家自然科學基金、發光學及應用國家重點實驗室的支持。

圖1.研究結果被Laser Focus World報道

圖2.電泵浦有機激光器件的閾值及光放大特性

來源：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所

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