Peking Universitet realiserede en kontinuerlig perovskitlaserkildemindre end 1 kvadratmikron
Det er vigtigt at konstruere en kontinuerlig laserkilde med et enhedsareal på mindre end 1 μm2 for at opfylde kravet om lavt energiforbrug til on-chip optisk sammenkobling (<10 fJ bit-1). Men efterhånden som enhedsstørrelsen falder, øges de optiske og materialetab betydeligt, så det er ekstremt udfordrende at opnå enhedsstørrelse på submikronniveau og kontinuerlig optisk pumpning af laserkilder. I de senere år har halogenidperovskitmaterialer fået stor opmærksomhed inden for kontinuerligt optisk pumpede lasere på grund af deres høje optiske forstærkning og unikke excitonpolaritonegenskaber. Enhedsarealet af perovskit kontinuerlige laserkilder, der hidtil er rapporteret, er stadig større end 10 μm2, og submikronlaserkilder kræver alle pulserende lys med højere pumpeenergitæthed for at stimulere.
Som svar på denne udfordring har Zhang Qings forskergruppe fra School of Materials Science and Engineering på Peking University med succes fremstillet perovskit-submikron-enkrystalmaterialer af høj kvalitet for at opnå kontinuerlige optiske pumpende laserkilder med et enhedsområde så lavt som 0,65 μm2. Samtidig afsløres fotonen. Mekanismen bag excitonpolariton i den submikron kontinuerlige optisk pumpede laserproces er dybt forstået, hvilket giver en ny idé til udvikling af små halvlederlasere med lav tærskel. Resultaterne af undersøgelsen med titlen "Continuous Wave Pumped Perovskite Lasers with Device Area Below 1 μm2" blev for nylig offentliggjort i Advanced Materials.
I dette arbejde blev den uorganiske perovskit CsPbBr3 enkeltkrystal mikronplade fremstillet på safirsubstrat ved kemisk dampaflejring. Det blev observeret, at den stærke kobling af perovskit-excitoner med lydvæggens mikrokavitetsfotoner ved stuetemperatur resulterede i dannelsen af excitonisk polariton. Gennem en række beviser, såsom lineær til ikke-lineær emissionsintensitet, smal linjebredde, emissionspolarisationstransformation og rumlig kohærenstransformation ved tærskelværdi, bekræftes den kontinuerlige optisk pumpede fluorescenslase af submikronstørrelse CsPbBr3 enkeltkrystal, og enhedsarealet er så lavt som 0,65 μm2. Samtidig blev det konstateret, at tærsklen for submikronlaserkilden er sammenlignelig med den for den store laserkilde og endda kan være lavere (figur 1).
Figur 1. Kontinuerligt optisk pumpet submikron CsPbBr3laserlyskilde
Yderligere udforsker dette arbejde både eksperimentelt og teoretisk og afslører mekanismen bag exciton-polariserede excitoner i realiseringen af submikron kontinuerlige laserkilder. Den forbedrede foton-exciton-kobling i submikron perovskitter resulterer i en signifikant stigning i gruppens brydningsindeks til omkring 80, hvilket øger modeforstærkningen væsentligt for at kompensere for modetabet. Dette resulterer også i en perovskit submikron laserkilde med en højere effektiv mikrokavitetskvalitetsfaktor og en smallere emissionslinjebredde (Figur 2). Mekanismen giver også ny indsigt i udviklingen af små lasere med lav tærskel baseret på andre halvledermaterialer.
Figur 2. Mekanisme for submikronlaserkilde ved brug af excitoniske polarizoner
Song Jiepeng, en Zhibo-studerende fra School of Materials Science and Engineering på Peking University i 2020, er førsteforfatter til artiklen, og Peking University er den første del af artiklen. Zhang Qing og Xiong Qihua, professor i fysik ved Tsinghua University, er de korresponderende forfattere. Arbejdet blev støttet af National Natural Science Foundation of China og Beijing Science Foundation for Outstanding Young People.
Opslagstidspunkt: 12. september 2023