Lasers Bragg à guide d'ondes actif via des tampons PDMS à contact conforme

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 22189 (2022) Citer cet article

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Détails des métriques

L'effet laser est observé dans les lasers Bragg formés par contact conforme d'un tampon PDMS à motifs avec un film actif ordinaire, déposé par centrifugation sur du verre. Les seuils, les rendements de sortie et les caractéristiques spectrales sont comparés aux réseaux à motifs de substrat standard et sont discutés en relation avec le coefficient de couplage \(\upkappa \). Les seuils rapportés sont très sensibles dans les lasers à rétroaction distribuée (DFB) aux cycles de service du réseau, à la fois pour les lasers PDMS-air et substrat-film. Dans l’ensemble, les seuils laser des lasers DFB PDMS-air (PA) s’avèrent nettement plus élevés que ceux des lasers substrat-film (SF), ce qui est attribué à une réduction d’environ trois fois du confinement optique dans la région du réseau. Les efficacités de sortie de pente s'avèrent comparativement plus élevées dans les lasers PA par rapport aux lasers SF pour les configurations DFB et DBR et sont attribuées à plusieurs facteurs concurrents. Le PDMS peut être retiré de la surface du film actif à plusieurs reprises et le contact conforme est principalement limité par l'accumulation de particules sur la surface du PDMS. Le système PA proposé devrait être utile dans la métrologie laser rapide de nouveaux matériaux à gain et dans les applications pratiques des lasers à pompage optique.

Les lasers traités en solution1,2,3 ont connu des progrès significatifs ces dernières années et offrent des solutions de fabrication simple et peu coûteuse, des sources de lumière accordables pour une myriade d'applications, y compris les dispositifs de laboratoire sur puce intégrés, la spectroscopie et la détection. Pour les applications pratiques, des lasers compacts à commande électrique sont souhaités. Cependant, des obstacles majeurs freinent actuellement les progrès dans le domaine des lasers à injection électrique4. Dans le cas des lasers à semi-conducteurs organiques à injection électrique, la formation statistique d'excitons triplet limite la densité d'inversion et introduit une perte d'absorption à l'état excité, tout en s'accompagnant de pertes au niveau des électrodes d'injection. De plus, la dégradation aux densités d’excitation élevées requises pour obtenir un effet laser doit être abordée si de tels dispositifs doivent un jour être commercialisés. Les problèmes mentionnés ci-dessus peuvent être contournés si, à la place, le laser à semi-conducteur organique est pompé optiquement au-dessus du seuil par une diode laser InGaN à commande électrique5,6,7,8,9. Dans cette configuration, bien que le coût global et la compacité soient limités par la nécessité d'un laser secondaire, elle conserve les avantages du matériau semi-conducteur organique et de la compacité.

Les rapports sur les lasers DFB organiques traités en solution et pompés optiquement comprenaient principalement des ondulations définies par le substrat, des ondulations de couche active via une nano-impression et des films actifs définis sur des tampons flexibles à motifs8,9,10. Les deux derniers cas sont souhaitables pour réduire davantage le coût de fabrication. Cependant, dans la plupart de ces cas, une modulation périodique significative de l’épaisseur de la couche active est présente, entraînant une modulation correspondante du confinement optique. Cela peut entraîner une rétroaction distribuée complexe, mixte, couplée gain/indice de réfraction11,12. De plus, le mode guide d’onde est très sensible aux défauts de la structure ondulée des films enduits par centrifugation.

Des rapports récents suggèrent que ces problèmes peuvent être contournés en plaçant les résonateurs au-dessus de la couche active13,14. Dans cette géométrie, la modulation de l'épaisseur de la couche active est absente et le profil du mode du guide d'onde s'est révélé relativement peu perturbé par les défauts du résonateur . Cependant, modeler les ondulations de cette manière est un défi car le film actif est susceptible d'être endommagé lors du processus de fabrication. Les techniques de fabrication courantes pour réaliser des réseaux à couche active impliquent un motif holographique sur une résine photosensible, ce qui peut entraîner des dommages potentiels à la couche active. Néanmoins, les lasers fabriqués de cette manière ont montré des seuils laser plus faibles et des efficacités de pente de sortie plus élevées13,15.