Pekingská univerzita realizovala perovskitový kontinuálnílaserový zdrojmenší než 1 čtvereční mikron
Je důležité konstruovat kontinuální laserový zdroj s plochou zařízení menší než 1 μm2, aby byl splněn požadavek na nízkou spotřebu energie optického propojení na čipu (<10 fJ bit-1). S klesající velikostí zařízení se však výrazně zvyšují optické a materiálové ztráty, takže dosažení submikronové velikosti zařízení a kontinuálního optického buzení laserových zdrojů je extrémně náročné. V posledních letech se halogenidové perovskitové materiály těší velké pozornosti v oblasti kontinuálně opticky buzených laserů díky jejich vysokému optickému zisku a jedinečným vlastnostem excitonových polaritonů. Dosud publikovaná plocha zařízení perovskitových kontinuálních laserových zdrojů je stále větší než 10 μm2 a všechny submikronové laserové zdroje vyžadují pro stimulaci pulzní světlo s vyšší hustotou energie buzení.
V reakci na tuto výzvu výzkumná skupina Zhang Qinga z Fakulty materiálových věd a inženýrství Pekingské univerzity úspěšně připravila vysoce kvalitní perovskitové submikronové monokrystalické materiály pro dosažení kontinuálních optických čerpacích laserových zdrojů s plochou zařízení pouhých 0,65 μm2. Zároveň byl odhalen foton. Mechanismus excitonových polaritonů v submikronovém kontinuálním opticky čerpaném laserovém procesu je hluboce pochopen, což poskytuje novou myšlenku pro vývoj malých nízkoprahových polovodičových laserů. Výsledky studie s názvem „Kontinuálně čerpané perovskitové lasery s plochou zařízení pod 1 μm2“ byly nedávno publikovány v časopise Advanced Materials.
V této práci byla na safírovém substrátu připravena mikronová destička anorganického perovskitového monokrystalu CsPbBr3 chemickou depozicí z plynné fáze. Bylo pozorováno, že silná vazba perovskitových excitonů s fotony mikrodutiny zvukové stěny při pokojové teplotě vedla ke vzniku excitonových polaritonů. Prostřednictvím řady důkazů, jako je lineární až nelineární intenzita emise, úzká šířka čáry, transformace emisní polarizace a transformace prostorové koherence na prahu, byla potvrzena kontinuální opticky čerpaná fluorescenční laserová expozice submikronového monokrystalu CsPbBr3 a plocha zařízení je pouhých 0,65 μm2. Zároveň bylo zjištěno, že prahová hodnota submikronového laserového zdroje je srovnatelná s prahovou hodnotou laserového zdroje velké velikosti a může být i nižší (obrázek 1).
Obrázek 1. Kontinuální opticky čerpaný submikronový CsPbBr3laserový zdroj světla
Tato práce dále zkoumá experimentálně i teoreticky a odhaluje mechanismus excitonově polarizovaných excitonů při realizaci submikronových kontinuálních laserových zdrojů. Zvýšená vazba fotonů a excitonů v submikronových perovskitech vede k významnému zvýšení skupinového indexu lomu na přibližně 80, což podstatně zvyšuje zesílení módu a kompenzuje ztrátu módu. Výsledkem je také perovskitový submikronový laserový zdroj s vyšším efektivním faktorem kvality mikrodutiny a užší šířkou emisní čáry (obrázek 2). Mechanismus také poskytuje nové poznatky o vývoji malých laserů s nízkým prahem založených na jiných polovodičových materiálech.
Obrázek 2. Mechanismus submikronového laserového zdroje s využitím excitonických polarizonů
Song Jiepeng, student Zhibo z roku 2020 z Fakulty materiálových věd a inženýrství Pekingské univerzity, je prvním autorem článku a Pekingská univerzita je první jednotkou článku. Zhang Qing a Xiong Qihua, profesor fyziky na Univerzitě Tsinghua, jsou odpovídajícími autory. Práce byla podpořena Národní nadací pro přírodní vědy Číny a Pekingskou vědeckou nadací pro vynikající mladé lidi.
Čas zveřejnění: 12. září 2023