Pekinská univerzita realizovala perovskitový kontinuálny systémlaserový zdrojmenšie ako 1 štvorcový mikrón
Je dôležité skonštruovať kontinuálny laserový zdroj s plochou zariadenia menšou ako 1 μm2, aby sa splnila požiadavka na nízku spotrebu energie optického prepojenia na čipe (<10 fJ bit-1). S klesajúcou veľkosťou zariadenia sa však výrazne zvyšujú optické a materiálové straty, takže dosiahnutie submikrónovej veľkosti zariadenia a kontinuálneho optického čerpania laserových zdrojov je mimoriadne náročné. V posledných rokoch sa halogenidové perovskitové materiály tešia veľkej pozornosti v oblasti kontinuálnych opticky čerpaných laserov vďaka ich vysokému optickému zisku a jedinečným vlastnostiam excitónových polaritónov. Doteraz hlásená plocha zariadenia perovskitových kontinuálnych laserových zdrojov je stále väčšia ako 10 μm2 a všetky submikrónové laserové zdroje vyžadujú na stimuláciu pulzné svetlo s vyššou hustotou energie čerpania.
V reakcii na túto výzvu výskumná skupina Zhang Qinga zo Školy materiálových vied a inžinierstva Pekinskej univerzity úspešne pripravila vysokokvalitné perovskitové submikrónové monokryštálové materiály na dosiahnutie kontinuálnych optických čerpacích laserových zdrojov s plochou zariadenia len 0,65 μm2. Zároveň bol odhalený fotón. Mechanizmus excitónových polaritónov v procese submikrónového kontinuálneho opticky čerpaného laserového žiarenia je hlboko pochopený, čo poskytuje novú myšlienku pre vývoj nízkoprahových polovodičových laserov malých rozmerov. Výsledky štúdie s názvom „Kontinuálne čerpané perovskitové lasery s plochou zariadenia pod 1 μm2“ boli nedávno publikované v časopise Advanced Materials.
V tejto práci bola anorganická perovskitová monokryštalická mikrónová vrstva pripravená na zafírovom substráte chemickou depozíciou z pár. Bolo pozorované, že silná väzba perovskitových excitónov s fotónmi mikrodutiny zvukovej steny pri izbovej teplote viedla k tvorbe excitónových polaritónov. Prostredníctvom série dôkazov, ako je lineárna až nelineárna emisná intenzita, úzka šírka čiary, transformácia emisnej polarizácie a transformácia priestorovej koherencie na prahu, bola potvrdená kontinuálna opticky čerpaná fluorescenčná laserová energia submikrónového monokryštálu CsPbBr3 a plocha zariadenia je len 0,65 μm2. Zároveň sa zistilo, že prah submikrónového laserového zdroja je porovnateľný s prahom laserového zdroja veľkej veľkosti a môže byť dokonca nižší (obrázok 1).
Obrázok 1. Kontinuálne opticky čerpaný submikrónový CsPbBr3laserový svetelný zdroj
Táto práca ďalej skúma experimentálne aj teoreticky a odhaľuje mechanizmus excitónovo polarizovaných excitónov pri realizácii submikrónových kontinuálnych laserových zdrojov. Zvýšená väzba fotónov a excitónov v submikrónových perovskitoch vedie k významnému zvýšeniu skupinového indexu lomu na približne 80, čo podstatne zvyšuje zosilnenie módu, aby kompenzovalo stratu módu. Výsledkom je tiež perovskitový submikrónový laserový zdroj s vyšším efektívnym faktorom kvality mikrodutiny a užšou šírkou emisnej čiary (obrázok 2). Mechanizmus tiež poskytuje nové poznatky o vývoji malých laserov s nízkym prahom založených na iných polovodičových materiáloch.
Obrázok 2. Mechanizmus submikrónového laserového zdroja s použitím excitonických polarizónov
Song Jiepeng, študent Zhibo z roku 2020 z Fakulty materiálových vied a inžinierstva Pekinskej univerzity, je prvým autorom článku a Pekinská univerzita je prvou jednotkou článku. Zhang Qing a Xiong Qihua, profesor fyziky na Univerzite Tsinghua, sú príslušnými autormi. Prácu podporila Národná nadácia pre prírodné vedy Číny a Pekinská vedecká nadácia pre vynikajúcich mladých ľudí.
Čas uverejnenia: 12. septembra 2023