有机半导体前沿研究有望推动超快有机光电子学的应用

有机半导体是一种碳基材料，它兼具光电特性和简单的制造工艺，并可通过改变化学结构进行调整。有机半导体已成功用于制造有机发光二极管（OLED，现已广泛应用于手机显示屏和电视机）、太阳能电池、晶体管和传感器。然而，制造电驱动有机半导体激光器却非常具有挑战性。之所以困难，是因为有机半导体通常只能支持较低的电流密度，注入的电荷和三聚体会产生大量吸收，而且接触还会造成额外的损耗。总之，向增益介质注入电荷会导致不可容忍的损耗。

一项新研究采用了另一种方法，即电荷注入和激光在空间上分离，从而大大降低了损耗。为了实现这一目标，该研究开发了一种集成设备结构，它能有效地将具有极高内生光的有机发光二极管与聚合物分布式反馈激光器耦合在一起。在集成结构的电驱动下，观察到光输出与驱动电流之间存在一个阈值，发射光谱较窄，并在阈值上方形成光束。这些观察结果证实了激光的存在。该研究提供了一种全新的有机电子装置，并表明通过有机发光二极管间接电泵浦是实现电驱动有机半导体激光器的一种非常有效的方法。这为可见光激光提供了一种方法，可应用于光谱学、计量学和传感领域。

该研究展示了一种在有机半导体中实现电驱动激光作用的集成器件方法，从而解决了有机光电子学中的一个重要难题。这种方法克服了在尝试对有机或混合包晶激光器进行直接电注入时通常面临的主要困难，同时保留了操作优势。从本研究的设备中观察到的阈值行为、光谱收窄和偏振光束为激光提供了有力的证据，这与所使用的增益介质和谐振器的特性是一致的。辅助光泵浦测量尤其有助于量化电驱动对激光阈值的贡献，并将成为未来评估其他增益材料和结构以实现电驱动激光作用的有用工具。本研究的有机激光器方法要求有机发光二极管在特别强的电流注入下工作，以制造出非常快的有机光电器件。研究认为，有机发光二极管在这种高强度、短脉冲操作下的微观物理学尚未得到充分探索。该研究预计，研究工作将激励未来的研究，以了解有机半导体在这一机制下的动态，从而显著提高器件性能，并进一步推动超快有机光电子学的应用。