Пекинският университет реализира непрекъснат перовскитлазерен източникпо-малък от 1 квадратен микрон
Важно е да се изгради непрекъснат лазерен източник с площ на устройството, по-малка от 1 μm2, за да се отговори на изискването за ниска консумация на енергия на оптичното взаимно свързване на чип (<10 fJ bit-1).Въпреки това, тъй като размерът на устройството намалява, оптичните и материалните загуби се увеличават значително, така че постигането на размер на устройството под микрон и непрекъснатото оптично изпомпване на лазерни източници е изключително предизвикателство.През последните години халогенидните перовскитни материали получиха голямо внимание в областта на лазерите с непрекъснато оптично изпомпване поради тяхното високо оптично усилване и уникални свойства на екситон поляритон.Площта на устройството на перовскитните непрекъснати лазерни източници, докладвани досега, все още е по-голяма от 10 μm2, а субмикронните лазерни източници изискват импулсна светлина с по-висока плътност на енергията на помпата, за да стимулират.
В отговор на това предизвикателство изследователската група на Zhang Qing от Училището по материалознание и инженерство на Пекинския университет успешно подготви висококачествени перовскитни субмикронни монокристални материали за постигане на лазерни източници с непрекъснато оптично изпомпване с площ на устройството до 0,65 μm2.В същото време фотонът се разкрива.Механизмът на екситон поляритон в субмикронен непрекъснат оптично изпомпван лазерен процес е дълбоко разбран, което предоставя нова идея за разработването на полупроводникови лазери с малък размер с нисък праг.Резултатите от изследването, озаглавено „Перовскитни лазери с непрекъснато изпомпване на вълни с площ на устройството под 1 μm2“, бяха публикувани наскоро в Advanced Materials.
В тази работа неорганичният перовскит CsPbBr3 монокристален микронен лист е получен върху сапфирен субстрат чрез химическо отлагане на пари.Беше наблюдавано, че силното свързване на перовскитните екситони с фотоните на микрокухината на звуковата стена при стайна температура доведе до образуването на екситоничен поляритон.Чрез поредица от доказателства, като линеен до нелинеен интензитет на емисиите, тясна ширина на линията, трансформация на поляризацията на емисиите и трансформация на пространствената кохерентност при прага, непрекъснатата оптично изпомпвана флуоресцентна лаза на монокристал CsPbBr3 с субмикронен размер се потвърждава и площта на устройството е само 0,65 μm2.В същото време беше установено, че прагът на субмикронния лазерен източник е сравним с този на големия лазерен източник и дори може да бъде по-нисък (Фигура 1).
Фигура 1. Непрекъснато оптично изпомпвано субмикронно CsPbBr3източник на лазерна светлина
Освен това тази работа изследва както експериментално, така и теоретично и разкрива механизма на екситон-поляризирани екситони при реализацията на субмикронни непрекъснати лазерни източници.Подобреното фотонно-екситонно свързване в субмикронни перовскити води до значително увеличение на груповия индекс на пречупване до около 80, което значително увеличава усилването на режима, за да компенсира загубата на режим.Това също води до перовскитен субмикронен лазерен източник с по-висок ефективен качествен фактор на микрокухината и по-тясна ширина на емисионната линия (Фигура 2).Механизмът също така предоставя нови прозрения за разработването на лазери с малък размер и нисък праг, базирани на други полупроводникови материали.
Фигура 2. Механизъм на субмикронен лазерен източник, използващ екситонни поляризони
Song Jiepeng, студент от Zhibo през 2020 г. от Училището по материалознание и инженерство на Пекинския университет, е първият автор на статията, а Пекинският университет е първата единица на статията.Zhang Qing и Xiong Qihua, професор по физика в университета Tsinghua, са съответните автори.Работата беше подкрепена от Националната природонаучна фондация на Китай и Пекинската научна фондация за изключителни млади хора.
Време на публикуване: 12 септември 2023 г