등각 접촉 PDMS 스탬프를 통한 능동 도파관 브래그 레이저

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 22189(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

레이징은 유리 위에 스핀코팅된 일반 활성 필름과 패턴화된 PDMS 스탬프의 등각 접촉을 통해 형성된 브래그 레이저에서 관찰됩니다. 임계값, 출력 효율 및 스펙트럼 특성은 표준 기판 패턴 격자와 비교되며 결합 계수 \(\upkappa \)와 관련하여 논의됩니다. 보고된 임계값은 PDMS 공기 및 기판 필름 레이저 모두에 대해 분산 피드백(DFB) 레이저에서 격자 듀티 사이클에 매우 민감합니다. 전반적으로 PDMS-공기(PA) DFB 레이저의 레이저 임계값은 기판-필름(SF) 레이저보다 훨씬 높은 것으로 밝혀졌는데, 이는 격자 영역의 광학적 감금이 대략 3배 감소했기 때문입니다. 경사 출력 효율은 DFB 및 DBR 구성 모두에서 SF 레이저에 비해 PA 레이저에서 상대적으로 더 높은 것으로 나타났으며 이는 여러 경쟁 요인에 기인합니다. PDMS는 활성 필름 표면에서 반복적으로 제거될 수 있으며 등각 접촉은 주로 PDMS 표면의 입자 축적에 의해 제한됩니다. 제안된 PA 시스템은 새로운 이득 물질의 신속한 레이저 계측과 광학 펌핑 레이저의 실제 응용에 유용할 것으로 예상됩니다.

솔루션 처리 레이저1,2,3는 최근 몇 년 동안 상당한 발전을 이루었으며 통합 랩온칩 장치, 분광학 및 감지를 포함한 수많은 응용 분야에 저비용, 간단한 제조, 조정 가능한 광원에 대한 솔루션을 제공합니다. 실제 적용을 위해서는 소형 전기 구동 레이저가 필요합니다. 그러나 현재 전기 주입 레이저로의 발전을 방해하는 주요 장애물이 있습니다4. 유기 반도체 전기 주입 레이저의 경우, 통계적 삼중항 엑시톤 형성은 반전 밀도를 제한하고 여기 상태 흡수 손실을 도입하는 동시에 주입 전극의 손실도 동반합니다. 또한, 이러한 장치가 상용화되려면 레이저 발생을 달성하는 데 필요한 높은 여기 밀도의 저하를 해결해야 합니다. 위에서 언급한 문제는 대신 유기 반도체 레이저가 전기 구동 InGaN 레이저 다이오드5,6,7,8,9에 의해 임계값 이상으로 광학적으로 펌핑되는 경우 회피될 수 있습니다. 이 구성에서는 보조 레이저의 요구 사항으로 인해 전체 비용과 소형화가 제한되지만 유기 반도체 재료의 장점과 소형성은 그대로 유지됩니다.

광학적으로 펌핑된 용액 처리 유기 DFB 레이저에 대한 보고서는 주로 기판 정의 주름, 나노임프린트를 통한 활성층 주름 및 패턴화된 유연한 스탬프에 정의된 활성 필름으로 구성되어 있습니다8,9,10. 후자의 두 가지 경우는 제조 비용을 더욱 절감하는 데 바람직합니다. 그러나 대부분의 경우 활성층 두께에 상당한 주기적인 변조가 존재하여 이에 상응하는 광학적 감금이 변조됩니다. 이로 인해 복잡하고 혼합된 이득/굴절률 결합 분산 피드백이 발생할 수 있습니다11,12. 더욱이, 도파관 모드는 스핀 코팅 필름의 주름 구조 결함에 매우 민감합니다.

최근 보고서에 따르면 활성층 위의 공진기를 패턴화하면 이러한 문제를 피할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이 기하학에서는 활성층 두께의 변조가 없으며 도파관 모드 프로파일은 공진기의 결함에 의해 상대적으로 교란되지 않는 것으로 나타났습니다. 그러나 활성 필름이 제조 공정에서 손상되기 쉽기 때문에 이러한 방식으로 주름을 패터닝하는 것은 어렵습니다. 활성층 격자를 얻기 위한 일반적인 제조 기술에는 포토레지스트에 대한 홀로그램 패터닝이 포함되며, 이는 잠재적인 활성층 손상을 초래할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 이러한 방식으로 제작된 레이저는 더 낮은 레이저 임계값과 더 높은 출력 경사 효율성을 보여주었습니다.