1.【導讀】
有機半導體由共軛分子組成，重磅可以通過簡單的電驅動蒸發或溶液沉積，制成一系列電子和光電器件。機激有機半導體的光器性質可以通過改變其化學結構來進行調控，并且它們與各種襯底兼容。材料目前，重磅有機發光二極管（OLED）、電驅動太陽能電池、機激晶體管和傳感器等。光器然而，材料制造電驅動的重磅有機半導體激光器是非常具有挑戰性的，因為有機半導體通常只支持低電流密度，電驅動受到注入電荷和三重態的機激大量吸收，并由于接觸而產生額外的光器損失。
2.【成果掠影】
基于以上研究背景，材料英國圣安德魯斯大學Graham A. Turnbull 和Ifor D. W. Samuel教授（共同通訊作者）等人通過開發一種集成設備有效的將OLED與激光器耦合起來來實現電荷注入和激光的空間分離，從而大大降低了損耗。相關研究成果以“Electrically driven organic laser using integrated OLED pumping”為題發表在最新一期Nature期刊上。
3.【核心創新點】
- 開發了一種集成的器件結構，有效耦合OLED與激光器。
- 在集成結構的電驅動下，光輸出與驅動電流間存在閾值，并形成了高于閾值的激光光束。
4.【數據概覽】
圖1. 電驅動有機半導體激光器的結構。? 2023 Springer Nature
- (a) TSBF和BBEHP-PPV的化學結構。
- (b) 電驅動激光器的截面示意圖。
- (c) 電驅動激光器的俯視示意圖。
- (d) 電驅動激光器的顯微鏡圖像，內部為工作中的激光表面圖像。Scale bars: 1?mm。
圖2. PNPN襯底上TSBF-OLED的性能研究。。? 2023 Springer Nature
- (a) OLED的電致發光（EL）光譜以及薄膜光致發光（PL）光譜與吸光率（Abs）的對比。
- (b) 不同峰值電流密度下OLED電致發光的驅動電流和的時間曲線。
- (c) OLED峰值輻射出射度作為峰值電流密度函數圖。
- (d) 已報道的OLEDs輻射出射度以及與本工作的對比。
圖3. 電驅動下操作下集成激光器的表征。? 2023 Springer Nature
- (a) 在不同峰值電流密度下發射光譜的變化。
- (b) 激光強度作為峰值電流密度的函數圖。
- (c) 電驅動激光器的遠場發射圖像和平均線束剖面。
- (d) 光泵浦激光器相應的遠場發射圖像和平均線束剖面。
圖4. 電驅動激光器的輔助光泵浦測量。? 2023 Springer Nature
- (a) 輔助泵浦測量裝置的原理圖。
- (b) 集成激光輸出強度作為峰值電流密度的函數圖。
- (c) 歸一化激光強度作為光泵浦功率密度的函數圖。
- (d) 獲得激光閾值所需的輔助OPO輻照度作為OLED強度的函數圖。
5.【成果啟示】
本工作展示了一種集成器件方法，在有機半導體中實現電驅動激光作用，從而解決了有機光電子學中的一個重要挑戰。這種方法克服了直接電注入有機或混合鈣鈦礦激光器中普遍面臨的主要困難，同時保持了操作優勢。在本文的研究中，有機激光器要求OLED在極強的電流注入下工作，在強烈的短脈沖操作下，OLED的微觀物理還未得到充分的探索。未來這方面的研究，有助于進一步了解有機半導體在這一機制下的動力學，會促進器件性能的顯著提升，并使得超快有機光電的進一步應用成為可能。
原文詳情： Electrically driven organic laser using integrated OLED pumping. Nature 621,??746–752 (2023).?https://www.nature.com/articles/s41586-023-06488-5。
