Photographie d'un laser à couche mince organique bleu en fonctionnement avec des images au microscope et un schéma des lasers. En optimisant la structure de l'appareil et en utilisant des matériaux appropriés, la durée du laser a été prolongée jusqu'à 30 ms, ce qui est plus de 100 fois plus long qu'auparavant. Le schéma est une représentation généralisée de la structure et n'est pas à l'échelle. Crédit :Atula S.D. Sandanayaka et Willam J. Potscavage, Jr.
De nouvelles recherches pourraient rendre les lasers émettant une large gamme de couleurs plus accessibles et ouvrir de nouvelles applications allant des communications et de la détection aux affichages.
Des chercheurs du Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) de l'Université de Kyushu ont signalé un laser à couche mince organique pompé optiquement qui peut émettre de la lumière en continu pendant 30 ms, qui est plus de 100 fois plus long que les appareils précédents.
Contrairement aux lasers inorganiques que l'on trouve couramment dans les lecteurs de CD et les pointeurs laser, les lasers organiques à couche mince utilisent une fine couche de molécules organiques comme support laser, qui est le matériau de l'appareil qui produit réellement un effet laser en émettant et en amplifiant la lumière lorsqu'il est excité avec une source d'énergie. Dans ce cas, la source d'énergie était la lumière ultraviolette intense d'un laser inorganique.
Une caractéristique très prometteuse des lasers organiques à couche mince est la possibilité d'obtenir plus facilement des couleurs difficiles avec les lasers inorganiques. En concevant et en synthétisant des molécules avec de nouvelles structures, l'émission de n'importe quelle couleur de l'arc-en-ciel est possible.
"Les gens étudient les lasers organiques à couche mince depuis longtemps, mais les processus de dégradation et de perte ont fortement limité la durée d'émission, " dit Atula S.D. Sandanayaka, auteur principal de l'article en Avancées scientifiques communiquer les nouveaux résultats.
Les chercheurs ont pu réduire ces problèmes et prolonger la durée du laser en combinant trois stratégies.
Pour réduire les pertes importantes provenant de l'absorption de l'émission laser par des paquets d'énergie - appelés excitons triplet - qui s'accumulent dans le milieu laser organique pendant le fonctionnement, les chercheurs ont découvert un milieu laser organique avec des excitons triples qui absorbent une couleur de lumière différente de celle émise par le laser.
La dégradation thermique causée par le chauffage des lasers pendant le fonctionnement a été réduite en construisant les dispositifs sur une plaquette de silicium cristallin et en collant un morceau de verre saphir sur le support laser organique avec un polymère spécial.
Le silicium et le saphir, qui sont de bons conducteurs de chaleur, aide à évacuer rapidement la chaleur des appareils tout en les encapsulant.
Finalement, grâce à l'optimisation d'une structure de réseau fréquemment utilisée - appelée structure de rétroaction distribuée d'ordre mixte - placée sous le milieu laser organique pour fournir une rétroaction optique, l'énergie d'entrée nécessaire pour faire fonctionner les lasers a été réduite à de nouveaux plus bas, diminuant encore le chauffage.
"Ces appareils fonctionnent vraiment à l'extrême, nous devons donc continuer à trouver de nouvelles astuces pour éliminer les inefficacités et empêcher les appareils de s'épuiser, " dit le professeur Chihaya Adachi, directeur d'OPERA.
L'utilisation de ces appareils simples en conjonction avec des lasers inorganiques est prometteuse pour obtenir plus facilement des couleurs difficiles à produire avec des lasers courants, avec des applications en spectroscopie, communication, affiche, et capteurs.
Le développement est toujours en cours pour maintenir l'émission pendant des durées encore plus longues, mais qu'en est-il ensuite ?
"Notre objectif ultime est de réaliser des lasers organiques à couche mince qui utilisent directement l'électricité comme source d'énergie, et c'est un pas important dans cette direction, " dit Adachi.
