激光二极管家族的新成员：电泵浦有机半导体激光器 | Science Bulletin

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      中国科学院长春光学精密机械与物理研究所刘星元研究团队实现了一种基于有机半导体材料的、光增益明显的电泵浦微腔激光器件。该成果已发表在Science Bulletin 2017年第24期。

      有机半导体材料具有多样的和可功能化调控的分子结构，优良的可溶液加工以及发光和激光性能。随着研究的拓展和深入，有机发光二极管作为先进的显示和照明技术已经迈进产业化阶段。有机半导体材料不但种类丰富成本低，光谱波段覆盖整个可见光谱区，而且属于四能级激光体系，易于实现粒子数反转。有机激光器件的生产成本较低并且集成能力强，是理想的微小型、柔性及可调谐激光光源，在集成光子器件、传感、可见光通讯、医疗以及科研等领域具有极大的应用潜力。而多年来，有机半导体激光只能在光激发下观察到。

      由于器件的结构和复杂的激发态过程具有较大的光损耗，人们预期平衡增益和损耗需要极高的阈值电流。对于导电性能较差的有机材料来说，电驱动的有机半导体激光面临巨大的挑战。为了降低激光阈值，中国科学院长春光机所刘星元研究团队经过多年研究，在该领域取得突破。基于腔量子电动力学原理，光波长量级的平面微腔可以有效地调控有机半导体的自发发射和受激发射特性。研究团队克服了腔内电极损耗高的难题，设计实现了高品质因子（Q值约450）的准连续工作的微腔有机激光器件，在较低的阈值电流下观察到了明显的光增益放大现象。该激光器采用小分子掺杂体系Alq:DCJTI为增益介质，激光峰值波长位于621.7 nm，随电流升高峰值基本没有变化，阈值电流密度约1.8 mA/cm²，阈值后谱线半宽窄化至0.835 nm。所研制的电泵浦垂直腔有机半导体光放大器在16 mA/cm²驱动下实现了5.25 dB的最大光增益。获得较低的激光阈值是有机激光器件实用化的重要一步，表明高Q值有机半导体微腔中的光损耗显著减低，其物理机制有待更深入的研究。

图 有机半导体激光器中的阈值和光放大行为

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Jie Lin, Yongsheng Hu, Ying Lv, Xiaoyang Guo, Xingyuan Liu. Light gain amplification in microcavity organic semiconductor laser diodes under electrical pumping. Science Bulletin, 2017, 62(24):1637-1638

https://doi.org/10.1016/j.scib.2017.12.010

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