Laser Bragg a guida d'onda attiva tramite timbri PDMS a contatto conforme

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 22189 (2022) Citare questo articolo

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L'effetto laser è osservato nei laser di Bragg formati attraverso il contatto conforme di un timbro PDMS modellato con una pellicola attiva semplice, rivestita con spincoating su vetro. Le soglie, le efficienze di uscita e le caratteristiche spettrali vengono confrontate con i reticoli con struttura del substrato standard e vengono discusse in relazione al coefficiente di accoppiamento \(\upkappa \). Le soglie riportate sono altamente sensibili nei laser a feedback distribuito (DFB) ai cicli di lavoro reticolari, sia per i laser PDMS-aria che per quelli a pellicola-substrato. Nel complesso, le soglie laser dei laser DFB PDMS-aria (PA) risultano significativamente più elevate rispetto ai laser substrato-film (SF), il che è attribuito a una riduzione di circa tre volte del confinamento ottico nella regione del reticolo. Le efficienze di uscita della pendenza risultano comparativamente più elevate nei laser PA rispetto ai laser SF sia per le configurazioni DFB che DBR e sono attribuite a diversi fattori concorrenti. Il PDMS può essere rimosso ripetutamente dalla superficie della pellicola attiva e il contatto conforme è limitato principalmente dall'accumulo di particelle sulla superficie del PDMS. Si prevede che il sistema PA proposto sarà utile nella metrologia laser rapida di nuovi materiali di guadagno e nelle applicazioni pratiche dei laser pompati otticamente.

I laser elaborati in soluzione1,2,3 hanno registrato progressi significativi negli ultimi anni e offrono soluzioni per sorgenti luminose sintonizzabili, di fabbricazione semplice e a basso costo per una miriade di applicazioni, tra cui dispositivi lab-on-chip integrati, spettroscopia e rilevamento. Per le applicazioni pratiche, sono desiderabili laser compatti azionati elettricamente. Tuttavia, i principali ostacoli attualmente ostacolano il progresso nei laser a iniezione elettrica4. Nel caso dei laser a semiconduttore organico iniettati elettricamente, la formazione statistica di triplette di eccitoni limita la densità di inversione e introduce perdite di assorbimento nello stato eccitato, accompagnate da perdite dagli elettrodi di iniezione. Inoltre, se si vuole che tali dispositivi vengano commercializzati, è necessario affrontare il problema del degrado alle elevate densità di eccitazione necessarie per ottenere l'effetto laser. I problemi sopra menzionati possono essere aggirati se invece il laser a semiconduttore organico viene pompato otticamente sopra la soglia da un diodo laser InGaN azionato elettricamente5,6,7,8,9. In questa configurazione, sebbene il costo complessivo e la compattezza siano limitati dalla necessità di un laser secondario, mantiene i vantaggi del materiale semiconduttore organico e della compattezza.

I rapporti sui laser DFB organici trattati con soluzione pompati otticamente comprendono principalmente ondulazioni definite dal substrato, ondulazioni dello strato attivo tramite nanoimpronta e pellicole attive definite su timbri flessibili modellati8,9,10. Gli ultimi due casi sono desiderabili per ridurre ulteriormente il costo di fabbricazione. Tuttavia, nella maggior parte di questi casi, è presente una significativa modulazione periodica dello spessore dello strato attivo, che risulta in una corrispondente modulazione del confinamento ottico. Ciò può comportare un feedback distribuito complesso, misto, accoppiato con guadagno/indice di rifrazione11,12. Inoltre, la modalità guida d'onda è altamente sensibile ai difetti nella struttura ondulata delle pellicole rivestite con centrifugazione.

Rapporti recenti suggeriscono che questi problemi possono essere aggirati modellando i risonatori sopra lo strato attivo13,14. In questa geometria, la modulazione nello spessore dello strato attivo è assente e il profilo della modalità guida d'onda ha dimostrato di essere relativamente imperturbato da difetti nel risonatore14. Tuttavia, modellare le ondulazioni in questo modo è impegnativo poiché la pellicola attiva è suscettibile ai danni derivanti dal processo di fabbricazione. Le tecniche di fabbricazione comuni per ottenere reticoli di strati attivi implicano la modellazione olografica sul fotoresist, che può provocare potenziali danni allo strato attivo. Tuttavia, i laser fabbricati in questo modo hanno mostrato soglie laser più basse ed efficienze della pendenza di uscita più elevate13,15.