Pekings universitet insåg en kontinuerlig perovskitlaserkälla mindre än 1 kvadratmikron

Pekings universitet realiserade en kontinuerlig perovskitlaserkällamindre än 1 kvadratmikron
Det är viktigt att konstruera en kontinuerlig laserkälla med en enhetsarea på mindre än 1 μm2 för att uppfylla kravet på låg energiförbrukning för optisk sammankoppling på chipet (<10 fJ bit-1). Men när enhetsstorleken minskar ökar de optiska och materialförlusterna avsevärt, så det är extremt utmanande att uppnå submikron enhetsstorlek och kontinuerlig optisk pumpning av laserkällor. Under senare år har halogenidperovskitmaterial fått omfattande uppmärksamhet inom området kontinuerligt optiskt pumpade lasrar på grund av deras höga optiska förstärkning och unika excitonpolaritonegenskaper. Enhetsarean för kontinuerliga perovskitlaserkällor som hittills rapporterats är fortfarande större än 10 μm2, och submikronlaserkällor kräver alla pulserande ljus med högre pumpenergitäthet för att stimulera.

Som svar på denna utmaning har Zhang Qings forskargrupp från School of Materials Science and Engineering vid Peking University framgångsrikt framställt högkvalitativa perovskit-submikron-enkristallmaterial för att uppnå kontinuerliga optiska pumpande laserkällor med en enhetsarea så låg som 0,65 μm2. Samtidigt avslöjas fotonen. Mekanismen för excitonpolariton i submikron kontinuerlig optiskt pumpad laserprocess är djupt förstådd, vilket ger en ny idé för utveckling av små halvledarlasrar med låg tröskelvärde. Resultaten av studien, med titeln "Continuous Wave Pumped Perovskite Lasers with Device Area Below 1 μm2", publicerades nyligen i Advanced Materials.

I detta arbete framställdes det oorganiska perovskit-CsPbBr3-enkristallmikronskiktet på safirsubstrat genom kemisk ångdeponering. Det observerades att den starka kopplingen av perovskit-excitoner med ljudväggens mikrokavitetsfotoner vid rumstemperatur resulterade i bildandet av excitonpolariton. Genom en rad bevis, såsom linjär till icke-linjär emissionsintensitet, smal linjebredd, emissionspolarisationstransformation och spatial koherenstransformation vid tröskelvärde, bekräftas den kontinuerliga optiskt pumpade fluorescenslasen hos CsPbBr3-enkristaller av submikronstorlek, och anordningsarean är så låg som 0,65 μm2. Samtidigt fann man att tröskelvärdet för submikronlaserkällan är jämförbart med det för den stora laserkällan, och kan till och med vara lägre (Figur 1).

Figur 1. Kontinuerligt optiskt pumpad submikron CsPbBr3laserljuskälla

Vidare utforskar detta arbete både experimentellt och teoretiskt, och avslöjar mekanismen för excitonpolariserade excitoner vid realiseringen av submikron kontinuerliga laserkällor. Den förbättrade foton-exciton-kopplingen i submikronperovskiter resulterar i en signifikant ökning av gruppens brytningsindex till cirka 80, vilket avsevärt ökar modförstärkningen för att kompensera för modförlusten. Detta resulterar också i en perovskit submikronlaserkälla med en högre effektiv mikrokavitetskvalitetsfaktor och en smalare emissionslinjebredd (Figur 2). Mekanismen ger också nya insikter i utvecklingen av små, lågtröskelbaserade lasrar baserade på andra halvledarmaterial.

Figur 2. Mekanism för submikronlaserkälla med excitoniska polarisoner

Song Jiepeng, en Zhibo-student från 2020 vid School of Materials Science and Engineering vid Peking University, är den första författaren till artikeln, och Peking University är den första delen av artikeln. Zhang Qing och Xiong Qihua, professor i fysik vid Tsinghua University, är korresponderande författare. Arbetet stöddes av National Natural Science Foundation of China och Beijing Science Foundation for Outstanding Young People.