Spécialité : Physique
Laboratoire : LPL
Directeur de thèse : Alexis Fischer
Conception et Fabrication de diode laser organique : De la transparence au seuil.
Depuis plusieurs décennies, les composants opto-électroniques à base de semi-conducteurs organiques telles que les diodes électroluminescentes organiques (OLEDs) ont totalement bouleversé le marché de l’affichage puisqu’ils représentent 80% des écrans de smartphone. Le seul composant qui n’a pas été démontré de façon convaincante est la diode laser organique (OLD). Pour démontrer sa faisabilité, trois éléments sont indispensables ; une excitation électrique, une cavité laser et un milieu à gain. Chacun de ces trois éléments est un défi scientifique et technologique en soit. Pour l’excitation électrique, l’équipe a avec les trois dernières thèses (Dr. Lei Zeng, Dr. Alex Chime, Dr. Amani Ouirimi) obtenu des avancées au meilleur niveau mondial en démontrant l’excitation électrique ultracourte des OLEDs avec des durées d’impulsion de l’ordre du 400 ps et des densités de courant au-delà de 40 kA/cm2. Concernant la cavité laser, la thèse du Dr Amani Ouirimi a permis d’en réaliser par lithographie électronique les premiers exemplaires de type Distributed Feedback et à les intégrer dans des OLEDs. Avec ces dispositifs, le seuil de transparence a été atteint ce qui permet d’être très confiant sur la réalisation et la démonstration de la diode laser organique. Pour dépasser le seuil de transparence et atteindre le seuil laser, l’effort est à mener maintenant au niveau de l’identification de matériaux à gain laser optimaux. Pour identifier ces matériaux organiques, nous proposons un facteur de mérite basé sur le gain net c’est à dire le gain déduit des pertes intrinsèques du matériau. Ce facteur de mérite dépend de trois paramètres intrinsèques à chaque matériau; la durée des états singulets qu’on peut mesurer par la méthode Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC), le coefficient gain laser accessible par la méthode du Variable Stripe Length (VSL) et de l’absorption résiduelle calculée à travers l’intégrale de recouvrement entre le spectre d’absorption et le spectre d’émission obtenue par spectrophotométrie.
Design and Fabrication of Organic Laser Diode: From transparency to threshold.
For several decades, opto-electronic components based on organic semiconductors such as organic light-emitting diodes (OLEDs) have completely disrupted the display market since they represent 80% of smartphone screens. The only component that has not been convincingly demonstrated is the organic laser diode (OLD). To demonstrate its feasibility, three elements are essentials; an electrical excitation, a laser cavity and a gain medium. Each of these three elements is a scientific and technological challenge in itself. For electrical excitation, the team has with the last three thesis (Dr. Lei Zeng, Dr. Alex Chime, Dr. Amani Ouirimi) obtained advances at the best world level by demonstrating the ultrashort electrical excitation of OLEDs with durations of the order of 400 ps and current densities beyond 40 kA/cm2. Concerning the laser cavity, the thesis of Dr Amani Ouirimi made it possible to produce the first Distributed Feedback type copies by electronic lithography and to integrate them into OLEDs. With these devices, the transparency threshold has been reached, which allows us to be very confident in the production and demonstration of the organic laser diode. To exceed the transparency threshold and reach the laser threshold, efforts must now be made to identify materials with optimal laser gain. To identify these organic materials, we propose a figure of merit based on the net gain, i.e. the gain deducted from the intrinsic losses of the material. This figure of merit depends on three parameters intrinsic to each material; the duration of the singlet states that can be measured by the Time Correlated Single Photon Counting (TCSPC) method, the laser gain coefficient accessible by the Variable Stripe Length (VSL) method and the residual absorption calculated through the integral of overlap between the absorption spectrum and the emission spectrum obtained by spectrophotometry.