九州大学の安達千波矢教授らの研究グループは、紫外線励起による世界最長寿命である30ミリ秒(ms)の有機薄膜レーザーの連続発振に成功した。これにより従来の報告の100倍以上の長寿命化を達成した。また、将来の「電流励起型有機半導体レーザー」実現への重要な一歩とされる。

 有機薄膜レーザーは、無機レーザーでは実現が困難な、可視域から赤外域全域にわたる広範囲の波長を任意に発振できるという有望な特徴があり、将来の光通信やセンシング、そしてディスプレイまで幅広い新しい分野への応用が期待されている。

 有機分子をレーザー発振させるには外部から有機分子にエネルギーを供給し、高密度の励起状態の有機分子を形成する必要がある。外部エネルギーとして紫外線などの光を用いて励起状態を形成させる手法(今回の手法)を光励起と呼び、外部エネルギーとして電流を用いて励起状態を形成させる手法を電流励起と呼ぶ。

 本研究の光励起型の有機薄膜レーザーは、有機レーザー活性層と「DFB構造」と呼ばれる構造を含んだ光共振器とで構成される。従来のデバイス構造では有機分子によるレーザー光の吸収や有機レーザー活性層での熱劣化や光損失が大きく、有機薄膜レーザーの連続発振時間は大きく制限されていた。

 今回の研究では、レーザー活性層にレーザー光の吸収を減らす有機レーザー分子を用いて有機薄膜レーザーの発振を阻害する要因を除去した。また、有機薄膜レーザー素子の下層基板に放熱対策を施して熱劣化を抑制。さらに,光共振器構造として最適化を行ったDFB構造を用いて光損失を抑制した。これらの課題取組みにより30ミリ秒に達する世界最長の連続レーザー発振に成功したという。

論文情報:【Science Advances】Toward continuous-wave operation of organic semiconductor lasers

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