Uniwersytet Pekiński opracował ciągłą konstrukcję perowskituźródło laserowemniejszy niż 1 mikron kwadratowy
Ważne jest, aby skonstruować ciągłe źródło laserowe o powierzchni urządzenia mniejszej niż 1μm2, aby spełnić wymagania niskiego zużycia energii w optycznym połączeniu na chipie (<10 fJ bit-1). Jednak wraz ze zmniejszaniem się rozmiaru urządzenia, straty optyczne i materiałowe znacznie wzrastają, więc osiągnięcie submikronowego rozmiaru urządzenia i ciągłego pompowania optycznego źródeł laserowych jest niezwykle trudne. W ostatnich latach materiały perowskitowe halogenkowe zyskały dużą uwagę w dziedzinie ciągłych laserów pompowanych optycznie ze względu na ich wysoki zysk optyczny i unikalne właściwości ekscytonowo-polaryzacyjne. Powierzchnia urządzenia perowskitowych źródeł laserowych ciągłych zgłoszonych do tej pory jest nadal większa niż 10μm2, a submikronowe źródła laserowe wymagają światła pulsacyjnego o wyższej gęstości energii pompującej do stymulacji.
W odpowiedzi na to wyzwanie, grupa badawcza Zhang Qing ze School of Materials Science and Engineering Uniwersytetu Pekińskiego z powodzeniem przygotowała wysokiej jakości materiały monokrystaliczne perowskitowe submikronowe, aby uzyskać ciągłe źródła laserów pompujących optycznie z powierzchnią urządzenia wynoszącą zaledwie 0,65 μm2. Jednocześnie ujawnia się foton. Mechanizm ekscytonu polarytonowego w submikronowym ciągłym procesie optycznie pompowanego lasera jest głęboko zrozumiany, co dostarcza nowego pomysłu na rozwój małych laserów półprzewodnikowych o niskim progu. Wyniki badania zatytułowane „Ciągłe pompowane lasery perowskitowe z powierzchnią urządzenia poniżej 1 μm2” zostały niedawno opublikowane w Advanced Materials.
W tej pracy przygotowano mikronową warstwę nieorganicznego perowskitu CsPbBr3 na podłożu szafirowym metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej. Zaobserwowano, że silne sprzężenie ekscytonów perowskitu z fotonami mikrownęki ściany dźwiękowej w temperaturze pokojowej skutkowało powstaniem polarytonu ekscytonowego. Poprzez szereg dowodów, takich jak liniowa do nieliniowej intensywności emisji, wąska szerokość linii, transformacja polaryzacji emisji i transformacja koherencji przestrzennej przy progu, potwierdzono ciągły optycznie pompowany laser fluorescencyjny monokryształu CsPbBr3 o rozmiarach submikronowych, a powierzchnia urządzenia wynosi zaledwie 0,65 μm2. Jednocześnie stwierdzono, że próg submikronowego źródła laserowego jest porównywalny z progiem dużego źródła laserowego, a nawet może być niższy (rysunek 1).
Rysunek 1. Ciągły optycznie pompowany submikronowy CsPbBr3źródło światła laserowego
Ponadto praca ta bada zarówno eksperymentalnie, jak i teoretycznie, i ujawnia mechanizm ekscytonów spolaryzowanych ekscytonowo w realizacji submikronowych ciągłych źródeł laserowych. Ulepszone sprzężenie foton-ekscyton w submikronowych perowskitach powoduje znaczący wzrost współczynnika refrakcji grupowej do około 80, co znacznie zwiększa wzmocnienie modu, aby zrekompensować utratę modu. Powoduje to również uzyskanie perowskitowego źródła lasera submikronowego o wyższym efektywnym współczynniku jakości mikrownęki i węższej szerokości linii emisyjnej (rysunek 2). Mechanizm ten dostarcza również nowych spostrzeżeń na temat rozwoju małych laserów o niskim progu opartych na innych materiałach półprzewodnikowych.
Rysunek 2. Mechanizm działania submikronowego źródła laserowego wykorzystującego polaryzony ekscytonowe
Song Jiepeng, studentka Zhibo z 2020 r. ze School of Materials Science and Engineering of Peking University, jest pierwszym autorem artykułu, a Peking University jest pierwszą jednostką artykułu. Zhang Qing i Xiong Qihua, profesor fizyki na Tsinghua University, są autorami korespondencyjnymi. Praca została wsparta przez National Natural Science Foundation of China i Beijing Science Foundation for Outstanding Young People.
Czas publikacji: 12-09-2023