Univerzitet u Pekingu realizovao je perovskit kontinuirani laserski izvor manji od 1 kvadratnog mikrona

Pekinški univerzitet realizovao je perovskitni kontinuitetlaserski izvormanji od 1 kvadratni mikron
Važno je konstruisati kontinuirani laserski izvor sa površinom uređaja manjom od 1 μm2 kako bi se zadovoljio zahtjev za nisku potrošnju energije optičke interkonekcije na čipu (<10 fJ bit-1). Međutim, kako se veličina uređaja smanjuje, optički i materijalni gubici se značajno povećavaju, tako da je postizanje submikronske veličine uređaja i kontinuirano optičko pumpanje laserskih izvora izuzetno izazovno. Poslednjih godina, materijali halogenog perovskita dobili su veliku pažnju u oblasti lasera sa kontinuiranim optičkim pumpanjem zbog njihovog visokog optičkog pojačanja i jedinstvenih svojstava eksitonskih polaritona. Područje uređaja perovskit kontinuiranih laserskih izvora koji su do sada prijavljeni još uvijek je veći od 10 μm2, a svi submikronski laserski izvori zahtijevaju impulsno svjetlo sa većom gustinom energije pumpe za stimulaciju.

Kao odgovor na ovaj izazov, istraživačka grupa Zhang Qinga sa Fakulteta za nauku o materijalima i inženjerstvu Univerziteta u Pekingu uspješno je pripremila visokokvalitetne submikronske monokristalne materijale perovskita za postizanje kontinuiranog optičkog pumpanja laserskih izvora s površinom uređaja od samo 0,65 μm2. Istovremeno se otkriva foton. Mehanizam ekscitonskog polaritona u submikronskom kontinuiranom laserskom procesu sa optičkom pumpom je duboko shvaćen, što daje novu ideju za razvoj malih poluprovodničkih lasera niskog praga. Rezultati studije pod nazivom “Perovskitni laseri sa kontinuiranim talasnim pumpanjem sa površinom uređaja ispod 1 μm2” nedavno su objavljeni u Advanced Materials.

U ovom radu je na safirnoj podlozi hemijskim taloženjem iz pare pripremljen neorganski perovskit CsPbBr3 monokristalni mikronski list. Uočeno je da snažno spajanje eksitona perovskita sa fotonima mikrošupljine zvučnog zida na sobnoj temperaturi dovodi do formiranja ekscitonskog polaritona. Kroz niz dokaza, kao što su intenzitet linearne do nelinearne emisije, uska širina linije, transformacija polarizacije emisije i transformacija prostorne koherentnosti na pragu, potvrđena je kontinuirana optički pumpana fluorescentna lasera submikronske veličine CsPbBr3 monokristala, a područje uređaja je samo 0,65 μm2. Istovremeno, utvrđeno je da je prag submikronskog laserskog izvora uporediv s pragom laserskog izvora velike veličine, a može biti čak i niži (slika 1).

Slika 1. Kontinuirani optički pumpani submikronski CsPbBr3laserski izvor svjetlosti

Nadalje, ovaj rad istražuje i eksperimentalno i teorijski, te otkriva mehanizam ekscitonsko polariziranih eksitona u realizaciji submikronskih kontinuiranih laserskih izvora. Poboljšano spajanje fotona i ekscitona u submikronskim perovskitima rezultira značajnim povećanjem grupnog indeksa refrakcije na oko 80, što značajno povećava pojačanje moda kako bi se kompenzirao gubitak moda. Ovo takođe rezultira perovskit submikronskim laserskim izvorom sa većim efektivnim faktorom kvaliteta mikrošupljine i užom širinom linije emisije (Slika 2). Mehanizam takođe pruža novi uvid u razvoj malih lasera niskog praga zasnovanih na drugim poluprovodničkim materijalima.

Slika 2. Mehanizam submikronskog laserskog izvora pomoću ekscitonskih polarizona

Song Jiepeng, student Zhiboa 2020. sa Fakulteta nauke o materijalima i inženjerstva Univerziteta u Pekingu, prvi je autor rada, a Univerzitet u Pekingu je prva jedinica rada. Zhang Qing i Xiong Qihua, profesor fizike na Univerzitetu Tsinghua, su odgovarajući autori. Rad je podržan od strane Nacionalne fondacije za prirodne nauke Kine i Pekinške naučne fondacije za izvanredne mlade ljude.