Пекинский университет реализовал непрерывный перовскитлазерный источникменьше 1 квадратного микрона
Важно создать непрерывный лазерный источник с площадью устройства менее 1 мкм2, чтобы удовлетворить требованиям низкого энергопотребления внутрикристального оптического соединения (<10 фДж бит-1). Однако по мере уменьшения размера устройства значительно возрастают оптические и материальные потери, поэтому достижение субмикронного размера устройства и непрерывной оптической накачки лазерных источников становится чрезвычайно сложной задачей. В последние годы галогенид-перовскитные материалы привлекли широкое внимание в области лазеров непрерывного действия с оптической накачкой благодаря их высокому оптическому усилению и уникальным экситон-поляритонным свойствам. Площадь устройства перовскитных непрерывных лазерных источников, о которых сообщалось до сих пор, по-прежнему превышает 10 мкм2, а всем субмикронным лазерным источникам для стимуляции требуется импульсный свет с более высокой плотностью энергии накачки.
В ответ на эту проблему исследовательская группа Чжан Цин из Школы материаловедения и инженерии Пекинского университета успешно подготовила высококачественные субмикронные монокристаллические материалы на основе перовскита для создания лазерных источников непрерывной оптической накачки с площадью устройства всего 0,65 мкм2. При этом фотон раскрывается. Глубоко изучен механизм экситон-поляритона в процессе субмикронной непрерывной оптической накачки, что дает новую идею для разработки малогабаритных низкопороговых полупроводниковых лазеров. Результаты исследования под названием «Перовскитовые лазеры с непрерывной накачкой и площадью устройства менее 1 мкм2» были недавно опубликованы в журнале Advanced Materials.
В данной работе микронный лист неорганического перовскита CsPbBr3 был изготовлен на сапфировой подложке методом химического осаждения из паровой фазы. Было обнаружено, что сильная связь экситонов перовскита с фотонами звуковой стенки микрорезонатора при комнатной температуре приводит к образованию экситонного поляритона. Благодаря ряду доказательств, таких как интенсивность линейного и нелинейного излучения, узкая ширина линии, трансформация поляризации излучения и преобразование пространственной когерентности на пороге, подтверждается непрерывная флуоресцентная лазерная лазера с оптической накачкой монокристалла CsPbBr3 субмикронного размера, а также площадь устройства составляет всего 0,65 мкм2. В то же время было обнаружено, что порог субмикронного лазерного источника сравним с порогом крупногабаритного лазерного источника и может быть даже ниже (рис. 1).
Рис. 1. Субмикронный CsPbBr3 с непрерывной оптической накачкойлазерный источник света
Кроме того, в этой работе экспериментально и теоретически исследуется и раскрывается механизм экситон-поляризованных экситонов при реализации субмикронных непрерывных лазерных источников. Усиление фотон-экситонного взаимодействия в субмикронных перовскитах приводит к значительному увеличению группового показателя преломления примерно до 80, что существенно увеличивает модовое усиление для компенсации потерь мод. Это также приводит к созданию субмикронного лазерного источника на перовските с более высокой эффективной добротностью микрорезонатора и более узкой шириной линии излучения (рис. 2). Этот механизм также дает новое представление о разработке малогабаритных низкопороговых лазеров на основе других полупроводниковых материалов.
Рис. 2. Механизм субмикронного лазерного источника с использованием экситонных поляризонов
Сун Цзипэн, студент Чжибо 2020 года из Школы материаловедения и инженерии Пекинского университета, является первым автором статьи, а Пекинский университет — первым подразделением статьи. Чжан Цин и Сюн Цихуа, профессор физики Университета Цинхуа, являются соответствующими авторами. Работу поддержали Национальный фонд естественных наук Китая и Пекинский научный фонд выдающейся молодежи.
Время публикации: 12 сентября 2023 г.