有机激光二极管从梦想变成现实！来自日本的研究人员证明，一种基于有机半导体激光二极管确实是可能的，这为激光在生物传感、显示器、医疗和光通信等领域的进一步扩展铺平了道路。有机激光二极管长期被认为是发光器件领域的圣杯，它使用碳基有机材料来发光，而不是传统器件中使用的无机半导体，如砷化镓和氮化镓。这种激光器在许多方面类似于有机发光二极管(oled)。
在有机发光二极管中，一层薄薄的有机分子在通电时发光。有机发光二极管因其高效率和充满活力的颜色而成为智能手机显示屏的热门选择，通过设计新的有机分子很容易改变这种颜色。有机激光二极管能产生更纯净的光，从而实现更多应用，但它们需要比有机发光二极管中使用电流大得多的电流才能实现产生激光过程。这些极端条件导致先前研究的器件在激光被观测到之前就被破坏了。
- 一种有机激光二极管发出蓝色激光，图片：Atula S. D. Sandanayaka
更复杂的进展是，先前关于由有机材料产生的电致激光的说法在很多情况下都被证明是错误的，由于没有充分的表征，其他现象被误认为是激光。但是现在，九州大学有机光子学和电子学研究中心(OPERA)的科学家们在《应用物理学》上发表报告称，他们有足够的数据令人信服地表明，有机半导体激光二极管终于实现了。论文的第一作者Atula S. D. Sandanayaka说：我想社区里的很多人都在怀疑我们是否真的有一天会看到有机激光二极管的实现。
但是通过减缓对改进材料和新设备结构的各种性能限制的削减，我们最终做到了。激光激射的一个关键步骤是向有机层注入大量电流，以达到一种称为粒子数反转的条件。然而，许多有机材料的高电阻使它们很难在加热和燃烧之前获得足够电荷。最重要的是，大多数有机材料和设备在高电流下固有的各种损耗过程会降低效率，将必要的电流推得更高。为了克服这些障碍，由Chihaya Adachi教授领导的研究小组使用了一种高效有机发光材料(BSBCz)。
- （博科园-图示）有机半导体激光二极管在电刺激下产生蓝色激光发射的原理图。图片：Center for Organic Photonics and Electronics Research, Kyushu University
这种材料对电的电阻相对较低，损耗也很小——即使注入了大量的电。但是仅仅有正确的材料是不够的。还设计了一种设备结构，其中一个电极上有一个绝缘材料网格，用于将电注入有机薄膜。这种网格结构被称为分布式反馈结构，已知可以产生激光发射所需的光学效果，但研究人员又向前迈进了一步。通过优化这些网格，不仅可以获得所需的光学性能，还可以控制设备中的电流，并将观察有机薄膜激光发射所需的电量降到最低。
研究人员对这些新设备的前景充满信心，为此成立了初创公司，以加速研究，并克服在商业应用中使用有机激光二极管的最后障碍。公司的创始成员Chihaya Adachi教授，Jean-Charles Ribierre博士，Fatima Bencheikh博士和Takashi Fujihara博士，正在努力改进他们的有机激光二极管的性能，致力于将这一最先进的有机发光技术推向世界。
博科园｜研究/来自：九州大学
参考期刊《应用物理学》
DOI: 10.7567/1882-0786/ab1b90
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