Peking University insåg en perovskite kontinuerliglaserkällamindre än 1 kvadratmikrometer
Det är viktigt att konstruera en kontinuerlig laserkälla med en enhetsarea mindre än 1 μm2 för att möta kravet på låg energiförbrukning för optisk sammankoppling på chip (<10 fJ bit-1).Men när enhetens storlek minskar ökar optiska och materialförluster avsevärt, så att uppnå sub-mikron enhetsstorlek och kontinuerlig optisk pumpning av laserkällor är extremt utmanande.På senare år har halogenidperovskitmaterial fått omfattande uppmärksamhet inom området för kontinuerligt optiskt pumpade lasrar på grund av deras höga optiska förstärkning och unika excitonpolaritonegenskaper.Enhetsarean för perovskite kontinuerliga laserkällor som rapporterats hittills är fortfarande större än 10μm2, och submikronlaserkällor kräver alla pulsat ljus med högre pumpenergitäthet för att stimulera.
Som svar på denna utmaning förberedde forskningsgruppen Zhang Qing från School of Materials Science and Engineering vid Peking University framgångsrikt högkvalitativa perovskite submikron enkristallmaterial för att uppnå kontinuerliga optiska pumpande laserkällor med en enhetsarea så låg som 0,65μm2.Samtidigt avslöjas fotonen.Mekanismen för excitonpolariton i submikron kontinuerlig optiskt pumpad lasrprocess är djupt förstådd, vilket ger en ny idé för utvecklingen av lågtröskelhalvledarlasrar med liten storlek.Resultaten av studien, med titeln "Continuous Wave Pumped Perovskite Lasers with Device Area Under 1 μm2," publicerades nyligen i Advanced Materials.
I detta arbete framställdes den oorganiska perovskiten CsPbBr3 enkristallmikronskivan på safirsubstrat genom kemisk ångavsättning.Det observerades att den starka kopplingen av perovskitexcitoner med ljudväggens mikrokavitetsfotoner vid rumstemperatur resulterade i bildandet av excitonisk polariton.Genom en serie bevis, såsom linjär till icke-linjär emissionsintensitet, smal linjebredd, emissionspolarisationstransformation och rumslig koherenstransformation vid tröskeln, bekräftas den kontinuerliga optiskt pumpade fluorescenslasen av CsPbBr3-enkristaller av submikronstorlek, och enhetens area är så låg som 0,65 μm2.Samtidigt fann man att tröskeln för den submikrona laserkällan är jämförbar med den 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 submikrona kontinuerliga laserkällor.Den förbättrade foton-excitonkopplingen i submikronperovskiter resulterar i en signifikant ökning av gruppens brytningsindex till cirka 80, vilket väsentligt ökar modförstärkningen för att kompensera för modförlusten.Detta resulterar också i en perovskit submikron laserkälla med en högre effektiv mikrokavitetskvalitetsfaktor och en smalare emissionslinjebredd (Figur 2).Mekanismen ger också nya insikter i utvecklingen av små, lågtröskellasrar baserade på andra halvledarmaterial.
Figur 2. Mekanism för sub-mikron laserkälla med hjälp av excitoniska polarisoner
Song Jiepeng, en Zhibo-student från 2020 från School of Materials Science and Engineering vid Peking University, är den första författaren till tidningen, och Peking University är den första enheten i tidningen.Zhang Qing och Xiong Qihua, professor i fysik vid Tsinghua University, är motsvarande författare.Arbetet stöddes av Kinas National Natural Science Foundation och Beijing Science Foundation for Outstanding Young People.
Posttid: 2023-09-12