电泵浦有机激光器研究获进展

近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所发光学及应用国家重点实验室有机激光课题组的电泵浦有机激光器的研究成果，以Light gain amplification in microcavity organic semiconductor laser diodes under electrical pumping为题，发表在Science Bulletin上。光学和光电子方面的权威媒体Laser Focus World, Photonics Media和美国科学促进会EurekAlert! Science News报道了该项研究工作。

有机半导体激光器由于其材料丰富、低成本、柔性、可溶液加工等优点，是有机光电子领域的核心器件，在柔性可穿戴设备、智能互连、生物医疗等领域具有广阔的应用前景，并引起国内外科学家及产业界的极大关注。然而，绝大多数有机半导体激光器只能在光泵浦下工作，如何实现电泵浦有机半导体激光器成为有机光电领域的重大挑战。其关键难点在于复杂的激发态过程和不合理的器件结构会引起巨大的光学损耗，而有机半导体薄膜的载流子迁移率偏低，因此普遍认为要实现激射（净增益）往往需要极大的阈值电流密度（KA cm^-2量级）。

针对上述难题，长春光机所有机激光团队根据腔量子电动力学原理、设计研制了高品质的平面光学微腔，有效调控有机半导体材料的自发发射和受激发射特性，成功克服了器件光学损耗大的难题，从而在低阈值电流密度下实现了电泵浦有机半导体激光器。该器件以经典有机小分子掺杂体系（Alq：DCJTI）为增益介质，激光峰位于621.7nm，随着电流的增加激光峰位保持不变，表明该器件具有优异的稳定性。该激光器的阈值电流密度约为1.8mA/cm²，最小线宽约为0.835nm；在电流密度为16mA/cm²时的光增益达到最大，达到5.25dB。

Laser Focus World的高级主编John Wallace评价该工作，“该低阈值激光器的实现意味着室温、连续激射的可行性，是有机半导体激光器获得实际应用的重要一步。”此外，该激光器极低阈值电流密度颠覆了人们对有机半导体激光的认识，表明高品质因子微腔中的有机Frankel激子的激发态性质以及相关的受激发射过程发生很大变化。开展上述物理过程的基础研究将使人们对有机半导体材料的激发态过程有更深入的理解和认识，有助于推动有机半导体的发展，促生全新型有机光电子器件的产生和广泛应用。

研究工作得到中科院知识创新工程项目、国家自然科学基金、发光学及应用国家重点实验室的支持。

图1.研究结果被Laser Focus World报道

图2.电泵浦有机激光器件的阈值及光放大特性

来源：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所