Lasery organiczne do kolorowych wyświetlaczy i projektorów 29.05.2017

Naukowcy z Centrum Badań Fotoniki Organicznej i Elektroniki (OPERA) Uniwersytetu Kyushu w Japonii opracowali nowy typ cienkowarstwowego lasera organicznego pompowanego optycznie. A ten laser, dzięki wielu innowacyjnym rozwiązaniom, jest w stanie emitować światło w sposób ciągły przez 30 milisekund, czyli 100 razy dłużej niż potrafiły to robić podobne urządzenia poprzedniej generacji.

W przeciwieństwie do laserów na ciele stałym na bazie materiałów nieorganicznych, powszechnie stosowanych w laserowych napędach optycznych i wskaźnikach laserowych, lasery organiczne wykorzystują do wzmocnienia światła cienką warstwę cząsteczek organicznych o ściśle określonym rodzaju substancji. Jedną z głównych zalet laserów organicznych jest to, że za ich pomocą wystarczy uzyskać światło o dowolnym kolorze i odcieniu, do tego wystarczy użyć molekuł określonej substancji o odpowiednich właściwościach optycznych.

Specjaliści od dłuższego czasu pracują nad stworzeniem laserów organicznych. Ale ich wysiłki nie przyniosły jeszcze znaczących rezultatów ze względu na fakt, że substancje organiczne dość szybko ulegają degradacji, znajdując się w środowisku, przez które przepływają znaczne przepływy energii. Degradacja cząsteczek prowadzi do gwałtownego wzrostu strat energii i praktycznie uniemożliwia dalszą pracę lasera organicznego.

Japońskim naukowcom udało się znaleźć rozwiązanie problemu i wydłużyć czas ciągłej emisji spójnego światła przez laser trzema różnymi metodami. Pierwszą częścią rozwiązania był materiał, z którego wykonano korpus lasera organicznego, który skutecznie pochłania światło o dowolnej długości fali innej niż długość fali emitowanego światła. Efekt ten daje laserowi wysoką wydajność dzięki tworzeniu trypletów eksjonów, quasicząstek, składających się ze związanych ze sobą elektronu i dziury elektronowej.

Degradację termiczną materiału organicznego ograniczono budując całe urządzenie na przezroczystym podłożu krzemowym, a górną część konstrukcji lasera przyklejono specjalnym polimerem do bazy ze szkła szafirowego. Krzem i szafir są dość dobrymi przewodnikami ciepła, które zapewniają bardzo dobre odprowadzanie ciepła i skuteczne chłodzenie lasera podczas pracy.

Trzecią częścią rozwiązania była warstwa materiału umieszczona pod warstwą organicznego korpusu lasera, która zapewniała optyczne sprzężenie zwrotne, które reguluje stosunek ilości zaabsorbowanego światła ultrafioletowego do ilości emitowanego światła. Takie sprzężenie zwrotne umożliwia zmniejszenie ilości energii pompy pochłanianej przez laser, co zmniejsza ilość strat i eliminuje możliwość przegrzania, prowadzącego do degradacji materiału organicznego.

Stosując lasery organiczne w połączeniu z laserami na bazie materiałów nieorganicznych, będzie można w łatwy sposób uzyskać kolory i odcienie światła niemożliwe lub bardzo trudne do uzyskania przy użyciu konwencjonalnych laserów. Takie hybrydowe urządzenia laserowe mogą być szeroko stosowane w różnego rodzaju czujnikach, w spektroskopii, komunikacji optycznej i technologiach wyświetlania informacji.

W swoich przyszłych pracach japońscy naukowcy będą szukać dodatkowych metod i rozwiązań, które pozwolą im wydłużyć czas ciągłej pracy swoich cienkowarstwowych laserów organicznych. Ponadto prowadzone będą prace mające na celu bezpośrednie wykorzystanie prądu elektrycznego jako głównego źródła energii do pompowania lasera organicznego.