Nettogewinndynamik in aktiv betriebenen organischen Mikrogeräten

• Antragsteller: Dr. Hartmut Fröb
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319139519

Die Feldverstärkung und Reduktion des Modenvolumens kann in organischen Mikroresonatoren zu drastisch reduzierten Laser-Schwellen führen. Gleichzeitig kann sich das Verhältnis zwischen dem optischen Gewinn, durch Besetzungsinversion und diverse Verlustmechanismen für die angeregten Zustände, sowie der Photonenzahl im gesamten Mikroresonator drastisch verändern. Während die Photonenverlustrate im Wesentlichen durch die Mikroresonatorgeometrie und die optische Qualität der verwendeten Materialien vorgegeben ist, sind die exzitonischen Verluste ausschließlich durch das optisch aktive Medium definiert. Darüber hinaus reagiert das organische Gewinnmedium aufgrund der begrenzten Anzahl invertierbarer Zustände und der damit einhergehenden Sättigung der Inversion häufig nicht mehr linear, wenn sich das Modenvolumen (lambda/n)³ annähert. Demzufolge ist es sowohl für elektrisch als auch optisch angeregte organische Mikrosysteme wichtig, die Kontrolle über den optischen Gewinn und die Absorptionsverluste direkt im System zu haben, um die Anregungsleistung soweit zu reduzieren, dass die organischen Materialien ihr standhalten. Daher sind detaillierte Kenntnisse und ein tiefergehendes Verständnis der Absorptions- und Gewinn-Dynamiken (sowohl in Abhängigkeit der Anregungsleistung als auch der Zeit) von außerordentlicher Notwendigkeit und könnten zu neuen Bauelement-Anwendungen führen.In diesem Projekt wollen wir eine neue Messtechnik entwickeln, die es erlaubt optische Netto-Gewinn- Dynamiken direkt in aktiv betriebenen organischen Festkörper-Mikrogeräten zu untersuchen. Die Methode basiert auf der spektralen Analyse der Emission (oder Transmission) der resonanten Mode. Unsere vorläufigen Ergebnisse zeigen, dass die Emissionsspektren wesentlich von den optischen Konstanten der verwendeten Materialien beeinflusst werden. Es zeigt sich weiterhin eine ausgeprägte Verschmälerung der Linienbreite mit steigender Anregungsleistung. Durch eine ausgiebige Transfer-Matrix-Analyse ist es uns möglich aus dieser Verschmälerung die optische Netto-Gewinn-Dynamik im Gewinn-Medium zu extrahieren. Zusammen mit der Möglichkeit der elektrischen Kontaktierung erlaubt diese Messtechnik eine direkte Untersuchung der durch Ladungsträger induzierten Verluste, welche zu den entscheidendsten Faktoren zählen, die das Erreichen der Laserschwelle in elektrisch betriebenen Systemen verhindern. Diese zuverlässige und exakte Messmethode für den Gewinn und die Verluste in organischen Strukturen erlaubt nicht nur die Charakterisierung des optischen Gewinns in aktiv betriebenen organischen licht emittierenden Dioden oder Mikrolasern, sondern stellt auch die Grundlage für die Untersuchung moderner und komplexer Systeme, wie PT -symmetrischer photonischer Strukturen oder beispielsweise kohärenter perfekter Absorption in organischen Materialien dar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Karl Leo