Pekingská univerzita realizovala perovskitový kontinuálny laserový zdroj menší ako 1 štvorcový mikrón

Pekingská univerzita realizovala perovskitový kontinuálnylaserový zdrojmenšie ako 1 štvorcový mikrón
Je dôležité skonštruovať kontinuálny laserový zdroj s plochou zariadenia menšou ako 1μm2, aby sa splnila požiadavka nízkej spotreby energie na optické prepojenie na čipe (<10 fJ bit-1).So znižovaním veľkosti zariadenia sa však výrazne zvyšujú optické a materiálové straty, takže dosiahnutie submikrónovej veľkosti zariadenia a nepretržité optické čerpanie laserových zdrojov je mimoriadne náročné.V posledných rokoch získali halogenidové perovskitové materiály rozsiahlu pozornosť v oblasti kontinuálnych opticky čerpaných laserov kvôli ich vysokému optickému zisku a jedinečným vlastnostiam excitónovej polarity.Doposiaľ uvádzaná oblasť zariadení perovskitových kontinuálnych laserových zdrojov je stále väčšia ako 10 μm2 a všetky submikrónové laserové zdroje vyžadujú na stimuláciu pulzné svetlo s vyššou hustotou energie pumpy.

V reakcii na túto výzvu výskumná skupina Zhang Qing zo Školy materiálovej vedy a inžinierstva Pekingskej univerzity úspešne pripravila vysoko kvalitné perovskitové submikrónové monokryštálové materiály na dosiahnutie kontinuálnych optických čerpacích laserových zdrojov s plochou zariadenia len 0,65 μm2.Zároveň sa odhalí fotón.Mechanizmus excitónového polaritónu v submikrónovom kontinuálnom opticky čerpanom laserovom procese je hlboko pochopený, čo poskytuje nový nápad na vývoj nízkoprahových polovodičových laserov malých rozmerov.Výsledky štúdie s názvom „Perovskitové lasery čerpané kontinuálnou vlnou s plochou zariadenia pod 1 μm2“ boli nedávno publikované v Advanced Materials.

V tejto práci sa na zafírovom substráte chemickou depozíciou pár pripravila monokryštálová mikrónová doska anorganického perovskitu CsPbBr3.Pozorovalo sa, že silná väzba perovskitových excitónov s fotónmi mikrodutiny zvukovej steny pri izbovej teplote viedla k vytvoreniu excitonického polaritónu.Prostredníctvom série dôkazov, ako je lineárna až nelineárna emisná intenzita, úzka šírka čiary, emisná polarizačná transformácia a transformácia priestorovej koherencie na prahu, je potvrdená kontinuálna opticky pumpovaná fluorescenčná láza submikrónového monokryštálu CsPbBr3 a oblasť zariadenia. je len 0,65 μm2.Zároveň sa zistilo, že prah submikrónového laserového zdroja je porovnateľný s prahom veľkého laserového zdroja a môže byť dokonca nižší (obrázok 1).

Obrázok 1. Kontinuálny opticky čerpaný submikrónový CsPbBr3laserový svetelný zdroj

Ďalej táto práca skúma experimentálne aj teoreticky a odhaľuje mechanizmus excitónovo polarizovaných excitónov pri realizácii submikrónových kontinuálnych laserových zdrojov.Zlepšená väzba fotón-excitón v submikrónových perovskitoch vedie k významnému zvýšeniu indexu lomu skupiny na približne 80, čo podstatne zvyšuje zisk módu, aby sa kompenzovala strata módu.Výsledkom je tiež perovskitový submikrónový laserový zdroj s vyšším efektívnym faktorom kvality mikrodutín a užšou šírkou emisnej čiary (obrázok 2).Mechanizmus tiež poskytuje nový pohľad na vývoj malých nízkoprahových laserov založených na iných polovodičových materiáloch.

Obrázok 2. Mechanizmus submikrónového laserového zdroja využívajúci excitonické polarizóny

Song Jiepeng, študent Zhibo z roku 2020 zo Školy materiálovej vedy a inžinierstva Pekinskej univerzity, je prvým autorom článku a Pekingská univerzita je prvou časťou tohto článku.Zhang Qing a Xiong Qihua, profesor fyziky na Tsinghua University, sú zodpovedajúcimi autormi.Práca bola podporená Národnou nadáciou pre prírodné vedy v Číne a Pekinskou vedeckou nadáciou pre výnimočných mladých ľudí.