De Universiteit van Peking realiseerde een perovskietcontinulaserbronkleiner dan 1 vierkante micron
Het is belangrijk om een continue laserbron te construeren met een apparaatoppervlak van minder dan 1 μm2 om te voldoen aan de lage energieverbruikseis van optische interconnectie op de chip (<10 fJ bit-1).Naarmate de omvang van het apparaat afneemt, nemen de optische en materiaalverliezen echter aanzienlijk toe, dus het bereiken van een apparaatgrootte van minder dan een micron en het continu optisch pompen van laserbronnen is een enorme uitdaging.De afgelopen jaren hebben halogenide-perovskietmaterialen uitgebreide aandacht gekregen op het gebied van continu optisch gepompte lasers vanwege hun hoge optische versterking en unieke exciton-polariton-eigenschappen.Het tot nu toe gerapporteerde apparaatoppervlak van perovskiet-continue laserbronnen is nog steeds groter dan 10 μm2, en submicron-laserbronnen hebben allemaal gepulseerd licht met een hogere pompenergiedichtheid nodig om te stimuleren.
Als antwoord op deze uitdaging heeft de onderzoeksgroep van Zhang Qing van de School of Materials Science and Engineering van de Universiteit van Peking met succes hoogwaardige perovskiet submicron monokristallijne materialen bereid om continu optische pompende laserbronnen te realiseren met een apparaatoppervlak van slechts 0,65 μm2.Tegelijkertijd wordt het foton onthuld.Het mechanisme van exciton-polariton in een submicron continu optisch gepompt laserproces is diepgaand begrepen, wat een nieuw idee oplevert voor de ontwikkeling van kleine halfgeleiderlasers met lage drempel.De resultaten van het onderzoek, getiteld ‘Continuous Wave Pumped Perovskite Lasers with Device Area Below 1 μm2’, zijn onlangs gepubliceerd in Advanced Materials.
In dit werk werd de anorganische perovskiet CsPbBr3 monokristallijne micronplaat vervaardigd op saffiersubstraat door chemische dampafzetting.Er werd waargenomen dat de sterke koppeling van perovskiet-excitonen met de microholtefotonen van de geluidsmuur bij kamertemperatuur resulteerde in de vorming van excitonisch polariton.Door een reeks bewijzen, zoals lineaire tot niet-lineaire emissie-intensiteit, smalle lijnbreedte, emissiepolarisatietransformatie en ruimtelijke coherentietransformatie bij de drempel, wordt de continue optisch gepompte fluorescentielase van CsPbBr3-monokristal van submicrongrootte bevestigd, en wordt het apparaatgebied is zo laag als 0,65 μm2.Tegelijkertijd werd vastgesteld dat de drempel van de submicron-laserbron vergelijkbaar is met die van de grote laserbron, en zelfs lager kan zijn (Figuur 1).
Figuur 1. Continu optisch gepompte submicron CsPbBr3laserlichtbron
Verder onderzoekt dit werk zowel experimenteel als theoretisch het mechanisme van exciton-gepolariseerde excitonen bij de realisatie van submicron continue laserbronnen.De verbeterde foton-excitonkoppeling in submicron-perovskieten resulteert in een significante toename van de groepsbrekingsindex tot ongeveer 80, waardoor de modusversterking aanzienlijk toeneemt om het modusverlies te compenseren.Dit resulteert ook in een perovskiet-submicronlaserbron met een hogere effectieve microcaviteitskwaliteitsfactor en een smallere emissielijnbreedte (Figuur 2).Het mechanisme biedt ook nieuwe inzichten in de ontwikkeling van kleine, laagdrempelige lasers op basis van andere halfgeleidermaterialen.
Figuur 2. Mechanisme van een submicron-laserbron met behulp van excitonische polarizonen
Song Jiepeng, een Zhibo-student uit 2020 van de School of Materials Science and Engineering van de Universiteit van Peking, is de eerste auteur van het artikel, en de Universiteit van Peking is het eerste deel van het artikel.Zhang Qing en Xiong Qihua, hoogleraar natuurkunde aan de Tsinghua Universiteit, zijn de corresponderende auteurs.Het werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China en de Beijing Science Foundation for Outstanding Young People.
Posttijd: 12 september 2023