Gedruckte Einweg-Laser

  • 04. May 2016

Per Tintenstrahl aufgetragene orga­nische Farb­stoffe emit­tieren kohä­rentes sicht­bares Licht.

Mit günstigen Druckverfahren lassen sich heute bereits orga­nische Leucht­dioden fertigen. Diese Methode nutzen nun Wissen­schaftler aus Frank­reich auch für orga­nische Laser, die orange-gelbes und rotes Licht emit­tierten. Im Vergleich zu früheren Versuchen mit Lasern aus orga­nischen Substanzen erreichen sie eine hohe Licht­aus­beute mit einer Energie von über dreißig Mikro­joule. Die Kosten für solche orga­nischen Laser könnten mit einem ein­fachen Druck­ver­fahren sehr gering sein. Damit ließen sich diese Licht­quellen trotz geringer Halt­bar­keit für günstige Analyse-Chips für die Messung chemischer oder bio­lo­gischer Substanzen nutzen.

Aufbau Einweg-Laser

Abb.: Schematischer Aufbau des orga­nischen Lasers aus auf­ge­druckten Farb­stoff-Substanzen. (Bild: O. Mhibik et al. / AIP)

Sébastien Sanaur und seine Kollegen von Université Paris 13 mischten für ihre ersten Proto­typen die orga­nischen Farb­stoffe Pyrro­methylen 597 (gelb) und Rhodamin 640 (rot) in Ethanol. Nach stunden­langem Rühren waren die Farb­stoff­partikel sehr fein verteilt, so dass die Flüssig­keiten mit einem Tinten­strahl­drucker auf einem trans­parenten Quarz­glas verteilt werden konnten. Kleine Tropfen von dreißig Pico­litern reichten aus, um die Laser­tinte etwa zwanzig Mikro­meter dick auf einem Bereich von fünfzig Quadrat­milli­metern zu ver­teilen. Getrocknet bei vierzig Grad Celsius ergaben sich homo­gene Schichten mit einer sehr geringen Rauig­keit.

Laserpunkte

Abb.: Areal mit sechs auf­ge­druckten Laser­punkten aus organischen Farb­stoffen. (Bild: O. Mhibik et al. / AIP)

Optisch angeregt mit einem Nd:YAG-Laser bei 532 Nano­meter Wellen­länge emit­tiert die Laser­tinte je nach ver­wendetem Farb­stoff gelbes bis rotes Licht. Für die Ver­stärkung platzieren die Forscher um die licht­emittie­rende Schicht zwei kleine Spiegel­flächen. Mit einem dünnen Film aus Poly­methyl­meth­acrylat PMMA lässt sich die emit­tierte Wellen­länge abhängig vom ange­stelltem Winkel des PMMA-Films über den Wellen­längen­bereich von 570 bis 670 Nano­metern ein­stellen. Die Ausgangs­leistung beträgt dabei maximal 33,6 Mikro­joule bei einer spektralen Schärfe (FWHM) von drei Nano­metern.

Prinzipiell zeichnen sich organische Farb­stoffe nicht durch eine lange Lebens­dauer aus. Sanaur und Kollegen erreichen immerhin bis zu fünf Millionen Laser­pulse pro aufge­druckten Laser­pixel. Für zu­künftige Anwen­dungen könnten das Laser­kapsel genannte licht­aktive Modul einfach ausge­tauscht werden, um die übrigen Kompo­nenten aus den um­gebenden Spiegeln weiter nutzen zu können. Zudem halten es die Forscher für wahr­schein­lich, mit anderen orga­nischen Farb­stoffen auch Laser­punkte für blaues oder grünes Licht her­stellen zu können. Für ein Laser­display oder den Einsatz in elektro­nischen Geräten sind diese orga­nischen Laser wegen der geringen Lebens­dauer kaum geeignet. Doch für Analyse-Chips oder Sensoren für die Unter­suchung von chemischen und bio­lo­gischen Proben könnten die sehr günstig herstell­baren Laser ihr Anwendungs­gebiet finden.

Jan Oliver Löfken

RK

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