Активные волноводные брэгговские лазеры через конформно-контактные штампы ПДМС

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 22189 (2022) Цитировать эту статью

653 доступа

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Лазерная генерация наблюдается в брэгговских лазерах, сформированных посредством конформного контакта узорчатого штампа ПДМС с простой активной пленкой, нанесенной методом центрифугирования на стекло. Пороги, выходная эффективность и спектральные характеристики сравниваются со стандартными решетками с рисунком подложки и обсуждаются в отношении коэффициента связи \(\upkappa \). Сообщаемые пороговые значения очень чувствительны в лазерах с распределенной обратной связью (DFB) к коэффициенту заполнения решетки как для лазеров с ПДМС-воздухом, так и для лазеров на подложке-пленке. В целом обнаружено, что лазерные пороги DFB-лазеров ПДМС-воздух (ПА) значительно выше, чем у лазеров подложка-пленка (SF), что объясняется примерно трехкратным уменьшением оптического ограничения в области решетки. Обнаружено, что эффективность наклона выходной мощности у PA-лазеров сравнительно выше, чем у SF-лазеров как для конфигураций DFB, так и для DBR, и это объясняется несколькими конкурирующими факторами. ПДМС можно неоднократно удалять с поверхности активной пленки, а конформный контакт ограничивается в основном накоплением частиц на поверхности ПДМС. Ожидается, что предлагаемая система PA будет полезна в быстрой лазерной метрологии новых усиливающих материалов и в практическом применении лазеров с оптической накачкой.

Лазеры, обрабатываемые раствором1,2,3, добились значительного прогресса в последние годы и предлагают решения для недорогих, простых в изготовлении перестраиваемых источников света для множества приложений, включая интегрированные лабораторные устройства, спектроскопию и зондирование. Для практических применений желательны компактные лазеры с электрическим приводом. Однако в настоящее время серьезные препятствия тормозят прогресс в области электроинжекторных лазеров4. В случае лазеров с электрической инжекцией на органических полупроводниках образование статистических триплетных экситонов ограничивает плотность инверсии и приводит к потерям на поглощение в возбужденном состоянии, одновременно сопровождаясь потерями на инжекционных электродах. Кроме того, если такие устройства когда-либо будут коммерциализированы, необходимо решить проблему деградации при высоких плотностях возбуждения, необходимых для достижения генерации. Вышеупомянутые проблемы можно обойти, если вместо этого оптически накачивать органический полупроводниковый лазер выше порога с помощью лазерного диода InGaN с электрическим приводом5,6,7,8,9. В этой конфигурации, хотя общая стоимость и компактность ограничены необходимостью вторичного лазера, она сохраняет преимущества органического полупроводникового материала и компактность.

Отчеты об органических DFB-лазерах с оптической накачкой, обработанных раствором, включают в себя в основном гофры, определяемые подложкой, гофры активного слоя посредством наноимпринта и активные пленки, нанесенные на гибкие штампы с рисунком8,9,10. Последние два случая желательны для дальнейшего снижения стоимости изготовления. Однако в большинстве этих случаев присутствует значительная периодическая модуляция толщины активного слоя, приводящая к соответствующей модуляции оптического ограничения. Это может привести к сложной, смешанной, распределенной обратной связи, связанной усилением/показателем преломления11,12. Кроме того, волноводная мода весьма чувствительна к дефектам гофрированной структуры пленок с центрифугированием.

Недавние отчеты предполагают, что эти проблемы можно обойти, разместив резонаторы над активным слоем13,14. В этой геометрии модуляция толщины активного слоя отсутствует, и было показано, что профиль волноводной моды относительно невозмущен дефектами резонатора14. Однако создание рисунка гофров таким способом является сложной задачей, поскольку активная пленка подвержена повреждениям в процессе изготовления. Обычные методы изготовления решеток с активным слоем включают нанесение голографического рисунка на фоторезист, что может привести к потенциальному повреждению активного слоя. Тем не менее, лазеры, изготовленные таким способом, показали более низкие пороги генерации и более высокую эффективность наклона выходной мощности13,15.