Lasers de Bragg de guia de onda ativa via selos PDMS de contato conforme

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 22189 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O laser é observado em lasers de Bragg formados através do contato conforme de um selo PDMS padronizado com um filme ativo plano, revestido em vidro. Os limiares, as eficiências de saída e as características espectrais são comparadas com grades padronizadas de substrato padrão e são discutidas em relação ao coeficiente de acoplamento \(\upkappa \). Os limiares relatados são altamente sensíveis em lasers de feedback distribuído (DFB) a ciclos de trabalho de grade, tanto para lasers PDMS-ar quanto para lasers substrato-filme. No geral, os limiares de laser dos lasers PDMS-ar (PA) DFB são significativamente maiores do que os lasers substrato-filme (SF), o que é atribuído a uma redução aproximada de três vezes do confinamento óptico na região da grade. As eficiências de saída de inclinação são comparativamente maiores nos lasers PA em relação aos lasers SF para as configurações DFB e DBR e são atribuídas a vários fatores concorrentes. O PDMS pode ser removido repetidamente da superfície do filme ativo e o contato conforme é limitado principalmente pelo acúmulo de partículas na superfície do PDMS. Espera-se que o sistema PA proposto seja útil na metrologia rápida a laser de novos materiais de ganho e em aplicações práticas de lasers bombeados opticamente.

Os lasers processados ​​por solução1,2,3 tiveram um progresso significativo nos últimos anos e oferecem soluções para fontes de luz ajustáveis, de fabricação simples e de baixo custo para inúmeras aplicações, incluindo dispositivos integrados de laboratório em chip, espectroscopia e detecção. Para aplicações práticas, lasers compactos acionados eletricamente são desejados. No entanto, grandes obstáculos atualmente atrapalham o progresso em lasers injetados eletricamente4. No caso de lasers de semicondutores orgânicos injetados eletricamente, a formação de excitons trigêmeos estatísticos limita a densidade de inversão e introduz perda de absorção no estado excitado, enquanto é acompanhada por perdas de eletrodos de injeção. Além disso, a degradação nas altas densidades de excitação necessárias para atingir o laser deve ser abordada se tais dispositivos forem comercializados. Os problemas mencionados acima podem ser contornados se, em vez disso, o laser semicondutor orgânico for bombeado opticamente acima do limite por um diodo laser InGaN acionado eletricamente5,6,7,8,9. Nesta configuração, embora o custo geral e a compacidade sejam limitados pela exigência de um laser secundário, ele mantém as vantagens do material semicondutor orgânico e a compacidade.

Relatórios sobre lasers DFB orgânicos processados ​​com solução bombeada opticamente compreenderam principalmente corrugações definidas por substrato, corrugações de camada ativa por meio de nanoimpressão e filmes ativos definidos em selos flexíveis padronizados8,9,10. Os dois últimos casos são desejáveis ​​para reduzir ainda mais o custo de fabricação. No entanto, na maioria desses casos, uma modulação periódica significativa na espessura da camada ativa está presente, resultando em uma modulação correspondente no confinamento óptico. Isso pode resultar em feedback distribuído complexo, misto, de índice de ganho/refração acoplado11,12. Além disso, o modo de guia de onda é altamente sensível a defeitos na estrutura corrugada de filmes revestidos por rotação.

Relatórios recentes sugerem que esses problemas podem ser contornados pela padronização dos ressonadores acima da camada ativa13,14. Nesta geometria, a modulação na espessura da camada ativa está ausente, e o perfil do modo de guia de onda mostrou-se relativamente imperturbável por defeitos no ressonador14. No entanto, padronizar ondulações dessa maneira é um desafio, pois o filme ativo é suscetível a danos causados ​​pelo processo de fabricação. Técnicas de fabricação comuns para obter grades de camada ativa envolvem padronização holográfica em fotorresistente, o que pode resultar em danos potenciais à camada ativa. No entanto, os lasers fabricados dessa maneira mostraram limiares de laser mais baixos e eficiências de inclinação de saída mais altas13,15.