Пекинский университет реализовал перовскитный непрерывныйлазерный источникменьше 1 квадратного микрона
Важно сконструировать непрерывный лазерный источник с площадью устройства менее 1 мкм2, чтобы соответствовать требованиям низкого энергопотребления оптического соединения на кристалле (<10 фДж бит-1). Однако по мере уменьшения размера устройства оптические и материальные потери значительно возрастают, поэтому достижение субмикронного размера устройства и непрерывной оптической накачки лазерных источников является чрезвычайно сложной задачей. В последние годы галогенидные перовскитные материалы привлекли большое внимание в области непрерывных оптически накачиваемых лазеров из-за их высокого оптического усиления и уникальных свойств экситон-поляритонов. Площадь устройства перовскитных непрерывных лазерных источников, о которых сообщалось до сих пор, по-прежнему превышает 10 мкм2, и все субмикронные лазерные источники требуют импульсного света с более высокой плотностью энергии накачки для стимуляции.
В ответ на этот вызов исследовательская группа Чжан Цина из Школы материаловедения и инженерии Пекинского университета успешно подготовила высококачественные субмикронные монокристаллические материалы перовскита для достижения непрерывных оптических источников лазерной накачки с площадью устройства всего 0,65 мкм2. В то же время, фотон был обнаружен. Механизм экситонного поляритона в субмикронном непрерывном оптически накачиваемом лазерном процессе глубоко изучен, что дает новую идею для разработки малогабаритных низкопороговых полупроводниковых лазеров. Результаты исследования под названием «Непрерывно накачиваемые перовскитные лазеры с площадью устройства ниже 1 мкм2» были недавно опубликованы в журнале Advanced Materials.
В этой работе неорганический перовскитный монокристаллический микронный лист CsPbBr3 был подготовлен на сапфировой подложке методом химического осаждения из паровой фазы. Было замечено, что сильная связь экситонов перовскита с фотонами микрорезонатора звуковой стенки при комнатной температуре приводит к образованию экситонного поляритона. Благодаря ряду доказательств, таких как линейная интенсивность излучения в нелинейную, узкая ширина линии, преобразование поляризации излучения и преобразование пространственной когерентности на пороге, подтверждается непрерывный оптически накачиваемый флуоресцентный лазер субмикронного размера монокристалла CsPbBr3, а площадь устройства составляет всего 0,65 мкм2. В то же время было обнаружено, что порог субмикронного лазерного источника сопоставим с порогом крупногабаритного лазерного источника и может быть даже ниже (рисунок 1).
Рисунок 1. Непрерывно оптически накачиваемый субмикронный CsPbBr3лазерный источник света
Далее, эта работа исследует как экспериментально, так и теоретически и раскрывает механизм экситонно-поляризованных экситонов в реализации субмикронных непрерывных лазерных источников. Усиленная фотон-экситонная связь в субмикронных перовскитах приводит к значительному увеличению группового показателя преломления примерно до 80, что существенно увеличивает усиление моды для компенсации потери моды. Это также приводит к перовскитному субмикронному лазерному источнику с более высоким эффективным коэффициентом добротности микрорезонатора и более узкой шириной линии излучения (рисунок 2). Механизм также дает новые идеи о разработке малогабаритных низкопороговых лазеров на основе других полупроводниковых материалов.
Рисунок 2. Механизм работы субмикронного лазерного источника с использованием экситонных поляризонов
Сун Цзепэн, студент Zhibo 2020 года из Школы материаловедения и инженерии Пекинского университета, является первым автором статьи, а Пекинский университет является первым подразделением статьи. Чжан Цин и Сюн Цихуа, профессор физики в Университете Цинхуа, являются авторами-корреспондентами. Работа была поддержана Национальным естественнонаучным фондом Китая и Пекинским научным фондом для выдающихся молодых людей.
Время публикации: 12-сен-2023