Peking University realiserede en perovskite kontinuerliglaserkildemindre end 1 kvadrat mikron
Det er vigtigt at konstruere en kontinuerlig laserkilde med et enhedsareal på mindre end 1μm2 for at imødekomme kravet til lavt energiforbrug for optisk sammenkobling på chip (<10 fJ bit-1).Men efterhånden som enhedens størrelse falder, stiger optiske og materielle tab betydeligt, så det er ekstremt udfordrende at opnå sub-mikron enhedsstørrelse og kontinuerlig optisk pumpning af laserkilder.I de senere år har halogenidperovskitmaterialer fået omfattende opmærksomhed inden for kontinuerlige optisk pumpede lasere på grund af deres høje optiske forstærkning og unikke excitonpolaritonegenskaber.Enhedsområdet for perovskite kontinuerlige laserkilder rapporteret indtil videre er stadig større end 10μm2, og submikron laserkilder kræver alle pulserende lys med højere pumpeenergitæthed for at stimulere.
Som svar på denne udfordring har Zhang Qings forskningsgruppe fra School of Materials Science and Engineering ved Peking University med succes forberedt højkvalitets perovskite submikron enkeltkrystalmaterialer for at opnå kontinuerlige optiske pumpende laserkilder med et enhedsareal så lavt som 0,65μm2.Samtidig afsløres fotonen.Mekanismen for exciton polariton i submikron kontinuerlig optisk pumpet laserproces er dybt forstået, hvilket giver en ny idé til udvikling af lille størrelse lavtærskel halvlederlasere.Resultaterne af undersøgelsen, med titlen "Continuous Wave Pumped Perovskite Lasers with Device Area Under 1 μm2," blev for nylig offentliggjort i Advanced Materials.
I dette arbejde blev den uorganiske perovskit CsPbBr3-enkeltkrystalmikronplade 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 tærskel, bekræftes den kontinuerlige optisk pumpede fluorescenslase af CsPbBr3-enkeltkrystal i sub-mikronstørrelse, og enhedsarealet er så lavt som 0,65μm2.Samtidig blev det fundet, at tærsklen for den submikrone laserkilde er sammenlignelig med den for den store laserkilde og kan endda være lavere (figur 1).
Figur 1. Kontinuerlig optisk pumpet submikron CsPbBr3laser lyskilde
Yderligere udforsker dette arbejde både eksperimentelt og teoretisk og afslører mekanismen af exciton-polariserede excitoner i realiseringen af submikron kontinuerlige laserkilder.Den forbedrede foton-exciton-kobling i submikron-perovskitter resulterer i en signifikant stigning i gruppebrydningsindekset til ca. 80, hvilket væsentligt øger modusforstærkningen for at kompensere for modustabet.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 lavtærskellasere i lille størrelse baseret på andre halvledermaterialer.
Figur 2. Mekanisme af sub-mikron laserkilde ved hjælp af excitoniske polarisoner
Song Jiepeng, en Zhibo-studerende i 2020 fra School of Materials Science and Engineering ved Peking University, er den første forfatter af papiret, og Peking University er den første enhed af papiret.Zhang Qing og Xiong Qihua, professor i fysik ved Tsinghua University, er de tilsvarende forfattere.Arbejdet blev støttet af National Natural Science Foundation i Kina og Beijing Science Foundation for Outstanding Young People.
Indlægstid: 12. september 2023