Univerzitet u Pekingu ostvario je perovskitni kontinuiranilaserski izvormanji od 1 kvadratnog mikrona
Važno je konstruirati kontinuirani laserski izvor s površinom uređaja manjom od 1μm2 kako bi se zadovoljio zahtjev za nisku potrošnju energije optičkog međusobnog povezivanja na čipu (<10 fJ bit-1). Međutim, kako se veličina uređaja smanjuje, optički i materijalni gubici značajno se povećavaju, tako da je postizanje submikronske veličine uređaja i kontinuiranog optičkog pumpanja laserskih izvora izuzetno izazovno. Posljednjih godina, halogenidni perovskitni materijali privukli su veliku pažnju u području kontinuiranih optički pumpanih lasera zbog njihovog visokog optičkog pojačanja i jedinstvenih svojstava eksciton polaritona. Do sada prijavljena površina perovskitnih kontinuiranih laserskih izvora još uvijek je veća od 10μm2, a svi submikronski laserski izvori zahtijevaju pulsirajuću svjetlost s većom gustoćom energije pumpanja za stimulaciju.
Kao odgovor na ovaj izazov, istraživačka grupa Zhang Qinga sa Škole za nauku o materijalima i inženjerstvo Univerziteta u Pekingu uspješno je pripremila visokokvalitetne perovskitne submikronske monokristalne materijale kako bi postigla kontinuirane optičke laserske izvore pumpanja s površinom uređaja od samo 0,65 μm2. Istovremeno, otkriven je foton. Mehanizam ekscitonskog polaritona u submikronskom procesu kontinuiranog optičkog pumpanja lasera je duboko shvaćen, što pruža novu ideju za razvoj poluprovodničkih lasera male veličine s niskim pragom. Rezultati studije pod nazivom "Kontinuirani talasno pumpani perovskitni laseri s površinom uređaja ispod 1 μm2" nedavno su objavljeni u časopisu Advanced Materials.
U ovom radu, mikronski sloj neorganskog perovskitnog monokristala CsPbBr3 pripremljen je na safirnoj podlozi hemijskim taloženjem iz parne faze. Uočeno je da snažno spajanje perovskitnih eksitona sa fotonima mikrošupljine zvučnog zida na sobnoj temperaturi rezultira formiranjem eksitonskog polaritona. Kroz niz dokaza, kao što su intenzitet emisije od linearnog do nelinearnog, uska širina linije, transformacija polarizacije emisije i transformacija prostorne koherencije na pragu, potvrđena je kontinuirana optički pumpana fluorescentna laserska energija monokristala CsPbBr3 submikronske veličine, a površina uređaja je samo 0,65 μm2. Istovremeno, utvrđeno je da je prag submikronskog laserskog izvora uporediv sa pragom laserskog izvora velike veličine, pa čak može biti i niži (Slika 1).
Slika 1. Kontinuirano optički pumpani submikronski CsPbBr3izvor laserske svjetlosti
Nadalje, ovaj rad istražuje i eksperimentalno i teoretski, te otkriva mehanizam ekscitonski polariziranih ekscitona u realizaciji submikronskih kontinuiranih laserskih izvora. Poboljšano spajanje fotona i ekscitona u submikronskim perovskitima rezultira značajnim povećanjem grupnog indeksa prelamanja na oko 80, što znatno povećava pojačanje moda kako bi se kompenzirao gubitak moda. To također rezultira perovskitnim submikronskim laserskim izvorom s višim efektivnim faktorom kvalitete mikrošupljine i užom širinom emisijske linije (Slika 2). Mehanizam također pruža nove uvide u razvoj lasera male veličine s niskim pragom baziranih na drugim poluprovodničkim materijalima.
Slika 2. Mehanizam submikronskog laserskog izvora koji koristi eksitonske polarizone
Song Jiepeng, student Zhibo programa iz 2020. godine sa Škole za nauku o materijalima i inženjerstvo Univerziteta u Pekingu, prvi je autor rada, a Univerzitet u Pekingu je prva jedinica u radu. Zhang Qing i Xiong Qihua, profesor fizike na Univerzitetu Tsinghua, su odgovarajući autori. Rad su podržali Nacionalna fondacija za prirodne nauke Kine i Pekinška naučna fondacija za izuzetne mlade ljude.
Vrijeme objave: 12. septembar 2023.