Перший пластиковий лазер з електричною накачуванням почав випромінювати фотони світла
Лазери, робоче тіло яких виготовлено з пластикових органічних сполук мають величезний потенціал. Вони можуть випромінювати когерентний світло в надзвичайно широкому діапазоні довжин хвиль, їх можна масово виготовляти, штампуючи їх структуру прямо на пластикових аркушах, вони можуть бути гнучкими, еластичними і недорогими у виробництві. Але, на відміну від технологій органічних світлодіодних джерел світла (OLED), які вже широко застосовуються в дисплеях портативних електронних пристроїв і в освітлювальних пристроях, вченим поки що не вдалося домогтися настільки значних успіхів з органічними лазерами.
"OLED-технології показали себе за останні роки виключно з найкращої сторони, і було б дуже чудово у багатьох відношеннях мати і лазери, виготовлені з подібним технологіям" - розповідає Карл Лео (Karl Leo), глава інституту Фотофизики Технологічного університету Дрездена (Institut fur Angewandte Photophysik of TU Dresden), в одній з лабораторій якого був створений перший дослідний зразок органічного лазера з прямою електричної накачуванням.
Слід зазначити, що органічні лазери вже існують деякий час. Німецька компанія Visolas продемонструвала такий лазер, який є частиною мобільної системи дослідження крові. Єдиним недоліком лазера Visolas є те, що він є лазером з оптичною накачкою, які працюють за рахунок світла, випромінюваного іншим лазером. Але лазерні технології в нинішній час вважаються життєздатними, якщо в них відсутні проміжні етапи перетворення енергії.
Пряма електрична накачування вимагає високої щільності збуджених носіїв електричного заряду, на рівні декількох кілоампер струму на квадратний сантиметр площі. Такі рівні не є проблемою для металів і неорганічних матеріалів, таких, як арсенід галію, але паразитне тепло, що виділяється при перенесенні великого електричного заряду, може стати руйнівним чинником для більшості матеріалів органічної природи.
Групі вчених, очолюваних Карлом Лео, вдалося створити органічний лазер з прямою електричної накачуванням, що складається з вертикально розташованого органічного робочого тіла, затиснутого між двома світловідбиваючими шарами, дзеркалами, мають багатошарову структуру з чергуються шарів окису титану і діоксиду кремнію. Крім цього, між нижнім дзеркалом і матеріалом робочого тіла були поміщені смуги електрода з срібла, товщиною 40 нанометрів і шириною 1.1 мікрометр.
Наявність електричного потенціалу на металевому напівпрозорому перешкоді поширенню світла привело до створення так званих плазмонных поляритонів Тамма (Tamm plasmon polaritons). Плазмонні поляритоны - це коливання щільності хмари електронів, яке існує на кордоні металів і інших матеріалів. Якщо частота коливань цих поляритонів знаходиться в деякому певному співвідношенні з довжиною хвилі світла, то ці поляритоны працюють в якості підсилювачів когерентного світла, що дозволило перетворити всю створену структуру в перший органічний лазер з прямою електричної накачуванням.
Звичайно, цей перший лазер має ще вкрай низьку ефективність, він починає випромінювати когерентний світло при такому рівні електричного струму, значення якого перевищує всі допустимі для практичних пристроїв значення. Але не варто забувати про те, що дані дослідження є лише першими кроками до створення органічного лазера, який буде мати воістину унікальним набором характеристик. "Я впевнений, що як тільки хто-небудь створить перший реальний органічний лазер, то тут же знайдеться інша людина, яка знайде йому застосування" - так Карл Лео завершив свій виступ на зустрічі Товариства досліджень матеріалів (Materials Research Society, MRS), що проходила минулого тижня в Бостоні.