Pekingská univerzita realizovala perovskitový kontinuálnílaserový zdrojmenší než 1 mikron čtvereční
Je důležité zkonstruovat kontinuální laserový zdroj s plochou zařízení menší než 1μm2, aby byl splněn požadavek na nízkou spotřebu energie optického propojení na čipu (<10 fJ bit-1).Jak se však velikost zařízení zmenšuje, výrazně se zvyšují optické a materiálové ztráty, takže dosažení submikronové velikosti zařízení a nepřetržité optické čerpání laserových zdrojů je extrémně náročné.V posledních letech získaly halogenidové perovskitové materiály rozsáhlou pozornost v oblasti kontinuálních opticky čerpaných laserů kvůli jejich vysokému optickému zisku a jedinečným vlastnostem excitonových polaritonů.Dosud uváděná plocha zařízení perovskitových kontinuálních laserových zdrojů je stále větší než 10 μm2 a všechny submikronové laserové zdroje vyžadují ke stimulaci pulzní světlo s vyšší hustotou energie pumpy.
V reakci na tuto výzvu výzkumná skupina Zhang Qing ze School of Materials Science and Engineering na Pekingské univerzitě úspěšně připravila vysoce kvalitní perovskitové submikronové monokrystalové materiály pro dosažení kontinuálních optických čerpacích laserových zdrojů s plochou zařízení jen 0,65 μm2.Zároveň se odhalí foton.Mechanismus excitonového polaritonu v submikronovém kontinuálním opticky čerpaném laserovém procesu je hluboce pochopen, což poskytuje novou myšlenku pro vývoj malých rozměrů nízkoprahových polovodičových laserů.Výsledky studie s názvem „Continuous Wave Pumped Perovskite Lasers with Device Area Under 1 μm2“ byly nedávno publikovány v Advanced Materials.
V této práci byl anorganický perovskit CsPbBr3 monokrystalický mikronový list připraven na safírovém substrátu chemickou depozicí z plynné fáze.Bylo pozorováno, že silná vazba perovskitových excitonů s fotony mikrodutiny zvukové stěny při pokojové teplotě vedla k vytvoření excitonického polaritonu.Prostřednictvím řady důkazů, jako je intenzita lineární až nelineární emise, úzká šířka čáry, transformace emisní polarizace a transformace prostorové koherence na prahu, je potvrzena kontinuální opticky pumpovaná fluorescenční lase submikronového monokrystalu CsPbBr3 a oblast zařízení je pouhých 0,65 μm2.Zároveň bylo zjištěno, že práh submikronového laserového zdroje je srovnatelný s prahem velkorozměrového laserového zdroje a může být dokonce nižší (obrázek 1).
Obrázek 1. Kontinuální opticky čerpaný submikronový CsPbBr3laserový zdroj světla
Dále tato práce zkoumá jak experimentálně, tak teoreticky a odhaluje mechanismus excitonově polarizovaných excitonů při realizaci submikronových kontinuálních laserových zdrojů.Zlepšená vazba foton-exciton v submikronových perovskitech vede k významnému zvýšení indexu lomu skupiny na přibližně 80, což podstatně zvyšuje zisk vidu, aby se kompenzovala ztráta vidu.Výsledkem je také perovskitový submikronový laserový zdroj s vyšším efektivním faktorem kvality mikrodutin a užší šířkou emisní čáry (obrázek 2).Mechanismus také poskytuje nové poznatky o vývoji malých nízkoprahových laserů založených na jiných polovodičových materiálech.
Obrázek 2. Mechanismus submikronového laserového zdroje využívající excitonické polarizony
Song Jiepeng, student Zhibo z roku 2020 ze School of Materials Science and Engineering Pekingské univerzity, je prvním autorem článku a Pekingská univerzita je první částí článku.Zhang Qing a Xiong Qihua, profesor fyziky na Tsinghua University, jsou odpovídajícími autory.Práce byla podpořena National Natural Science Foundation of China a Beijing Science Foundation for Outstanding Young People.
Čas odeslání: 12. září 2023