Organische Laser für Farbdisplays und Projektoren 29.05.2017

Wissenschaftler des Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) der Kyushu University, Japan, haben einen neuartigen optisch gepumpten organischen Dünnschichtlaser entwickelt. Und dieser Laser ist dank einer Reihe innovativer Lösungen in der Lage, 30 Millisekunden lang ununterbrochen Licht zu emittieren, was 100-mal länger ist als bei ähnlichen Geräten der vorherigen Generation.

Im Gegensatz zu Festkörperlasern auf Basis anorganischer Materialien, die üblicherweise in optischen Laserlaufwerken und Laserpointern verwendet werden, verwenden organische Laser eine dünne Schicht aus organischen Molekülen einer streng definierten Art von Substanz, um Licht zu verstärken. Einer der Hauptvorteile organischer Laser besteht darin, dass es mit ihrer Hilfe ausreicht, Licht jeder Farbe und Schattierung zu erhalten. Dazu reicht es aus, nur Moleküle einer bestimmten Substanz mit geeigneten optischen Eigenschaften zu verwenden.

Spezialisten arbeiten seit geraumer Zeit an der Entwicklung organischer Laser. Ihre Bemühungen haben jedoch noch keine nennenswerten Ergebnisse gebracht, da organische Substanzen ziemlich schnell abgebaut werden, da sie sich in einer Umgebung befinden, durch die erhebliche Energieströme fließen. Der Abbau von Molekülen führt zu einem starken Anstieg der Energieverluste und macht einen weiteren Betrieb des organischen Lasers praktisch unmöglich.

Japanischen Wissenschaftlern gelang es, eine Lösung für das Problem zu finden und die Dauer der kontinuierlichen Emission von kohärentem Licht durch einen Laser mit drei verschiedenen Methoden zu verlängern. Der erste Teil der Lösung war das Material, aus dem der Körper des organischen Lasers hergestellt wurde, der effektiv Licht mit jeder Wellenlänge absorbiert, die sich von der Wellenlänge des emittierten Lichts unterscheidet. Dieser Effekt verleiht dem Laser eine hohe Effizienz durch die Bildung von Tripletts von Exionen, Quasiteilchen, die aus einem Elektron und einem Elektronloch bestehen, die aneinander gebunden sind.

Der thermische Abbau von organischem Material wurde verringert, indem das gesamte Gerät auf einem transparenten Siliziumsubstrat aufgebaut und der obere Teil der Laserstruktur mit einem speziellen Polymer auf eine Saphirglasbasis geklebt wurde. Silizium und Saphir sind recht gute Wärmeleiter, die für eine sehr gute Wärmeableitung und effektive Kühlung des Lasers im Betrieb sorgen.

Und der dritte Teil der Lösung war eine Materialschicht, die unter der Schicht des organischen Körpers des Lasers platziert wurde, die eine optische Rückkopplung lieferte, die das Verhältnis der absorbierten UV-Lichtmenge zur emittierten Lichtmenge reguliert. Eine solche Rückkopplung ermöglicht es, die Menge der vom Laser absorbierten Pumpenergie zu reduzieren, was die Anzahl der Verluste verringert und die Möglichkeit einer Überhitzung ausschließt, die zu einer Verschlechterung des organischen Materials führt.

Durch die Verwendung von organischen Lasern in Verbindung mit Lasern auf Basis anorganischer Materialien wird es möglich sein, auf einfache Weise Farben und Lichtschattierungen zu erzielen, die mit herkömmlichen Lasern nicht oder nur sehr schwer zu erreichen sind. Und solche hybriden Laservorrichtungen können weithin in Sensoren verschiedener Typen, in der Spektroskopie, in der optischen Kommunikation und in Informationsanzeigetechnologien verwendet werden.

In ihrer zukünftigen Arbeit werden japanische Wissenschaftler nach weiteren Methoden und Lösungen suchen, mit denen sie die kontinuierliche Betriebszeit ihrer organischen Dünnschichtlaser erhöhen können. Darüber hinaus werden Arbeiten durchgeführt, die auf die direkte Nutzung von elektrischem Strom als Hauptenergiequelle zum Pumpen eines organischen Lasers abzielen.