Лазеры, рабочее тело которых изготовлено из пластиковых органических соединений имеют огромный потенциал. Они могут излучать когерентный свет в чрезвычайно широком диапазоне длин волн, их можно массово изготавливать, штампуя их структуру прямо на пластиковых листах, они могут быть гибкими, эластичными и недорогими в производстве. Но, в отличие от технологий органических светодиодных источников света (OLED), которые уже широко применяются в дисплеях портативных электронных устройств и в осветительных устройствах, ученым пока еще не удалось добиться столь значимых успехов с органическими лазерами.

«OLED-технологии показали себя за последние годы исключительно с самой лучшей стороны, и было бы очень замечательно во многих отношениях иметь и лазеры, изготовленные по подобным технологиям» – рассказывает Карл Лео (Karl Leo), глава института Фотофизики Технологического университета Дрездена (Institut fur Angewandte Photophysik of TU Dresden), в одной из лабораторий которого был создан первый опытный образец органического лазера с прямой электрической накачкой.

Следует отметить, что органические лазеры уже существуют некоторое время.

Немецкая компания Visolas продемонстрировала такой лазер, который является частью мобильной системы исследования крови. Единственным недостатком лазера Visolas является то, что он является лазером с оптической накачкой, работающим за счет света, излучаемого другим лазером. Но лазерные технологии в нынешнее время считаются жизнеспособными, если в них отсутствуют промежуточные этапы преобразования энергии.

Прямая электрическая накачка требует высокой плотности возбужденных носителей электрического заряда, на уровне нескольких килоампер тока на квадратный сантиметр площади. Такие уровни не являются проблемой для металлов и неорганических материалов, таких, как арсенид галлия, но паразитное тепло, выделяющееся при переносе большого электрического заряда, может стать разрушающим фактором для большинства материалов органической природы.

Группе ученых, возглавляемых Карлом Лео, удалось создать органический лазер с прямой электрической накачкой, состоящий из вертикально расположенного органического рабочего тела, зажатого между двумя светоотражающими слоями, зеркалами, имеющими многослойную структуру из чередующихся слоев окиси титана и диоксида кремния.

Кроме этого, между нижним зеркалом и материалом рабочего тела были помещены полосы электрода из серебра, толщиной 40 нанометров и шириной 1.1 микрометр.

Наличие электрического потенциала на металлическом полупрозрачном препятствии распространению света привело к созданию так называемых плазмонных поляритонов Тамма (Tamm plasmon polaritons).

Плазмонные поляритоны – это колебания плотности облака электронов, которое существует на границе металлов и других материалов.

Если частота колебаний этих поляритонов находится в некотором определенном соотношении с длиной волны света, то эти поляритоны работают в качестве усилителей когерентного света, что позволило превратить всю созданную структуру в первый органический лазер с прямой электрической накачкой.

Конечно, этот первый лазер имеет еще крайне низкую эффективность, он начинает излучать когерентный свет при таком уровне электрического тока, значение которого превышает все допустимые для практических устройств значения. Но не стоит забывать о том, что данные исследования являются лишь первыми шагами к созданию органического лазера, который будет обладать поистине уникальным набором характеристик.

«Я уверен, что как только кто-нибудь создаст первый реальный органический лазер, то тут же найдется другой человек, который найдет ему применение» – так Карл Лео завершил свое выступление на встрече Общества исследований материалов (Materials Research Society, MRS), которая проходила на прошлой неделе в Бостоне.