Peking University realiserte en perovskitt kontinuerlig laserkilde mindre enn 1 kvadratmikron

Peking University realiserte en perovskitt kontinuerliglaserkildemindre enn 1 kvadratmikron
Det er viktig å konstruere en kontinuerlig laserkilde med et enhetsareal mindre enn 1μm2 for å møte kravet til lavt energiforbruk for optisk sammenkobling på brikken (<10 fJ bit-1). Ettersom enhetens størrelse reduseres, øker imidlertid optiske og materielle tap betydelig, så det er ekstremt utfordrende å oppnå sub-mikron enhetsstørrelse og kontinuerlig optisk pumping av laserkilder. De siste årene har halogenidperovskittmaterialer fått omfattende oppmerksomhet innen kontinuerlig optisk pumpede lasere på grunn av deres høye optiske forsterkning og unike eksitonpolaritonegenskaper. Enhetsområdet til perovskitt kontinuerlige laserkilder rapportert så langt er fortsatt større enn 10μm2, og submikron laserkilder krever alle pulsert lys med høyere pumpeenergitetthet for å stimulere.

Som svar på denne utfordringen forberedte forskningsgruppen til Zhang Qing fra School of Materials Science and Engineering ved Peking University med suksess høykvalitets perovskitt submikron enkeltkrystallmaterialer for å oppnå kontinuerlige optiske pumpende laserkilder med et enhetsareal så lavt som 0,65μm2. Samtidig avsløres fotonet. Mekanismen for exciton polariton i submikron kontinuerlig optisk pumpet laserprosess er dypt forstått, noe som gir en ny idé for utvikling av lavterskel halvlederlasere i liten størrelse. Resultatene av studien, med tittelen "Continuous Wave Pumped Perovskite Lasers with Device Area Under 1 μm2," ble nylig publisert i Advanced Materials.

I dette arbeidet ble det uorganiske perovskitt CsPbBr3 enkeltkrystall mikron arket fremstilt på safir substrat ved kjemisk dampavsetning. Det ble observert at den sterke koblingen av perovskitteksitoner med lydveggens mikrohulromsfotoner ved romtemperatur resulterte i dannelsen av eksitonisk polariton. Gjennom en rekke bevis, slik som lineær til ikke-lineær emisjonsintensitet, smal linjebredde, emisjonspolariseringstransformasjon og romlig koherenstransformasjon ved terskel, bekreftes den kontinuerlige optisk pumpede fluorescenslasen av CsPbBr3-enkelkrystall i sub-mikronstørrelse, og enhetens område er så lavt som 0,65μm2. Samtidig ble det funnet at terskelen til den submikron laserkilden er sammenlignbar med den til den store laserkilden, og kan til og med være lavere (figur 1).

Figur 1. Kontinuerlig optisk pumpet submikron CsPbBr3laser lyskilde

Videre utforsker dette arbeidet både eksperimentelt og teoretisk, og avslører mekanismen til eksitonpolariserte eksitoner i realiseringen av submikron kontinuerlige laserkilder. Den forbedrede foton-eksiton-koblingen i submikron perovskitter resulterer i en betydelig økning i gruppebrytningsindeksen til omtrent 80, noe som vesentlig øker modusforsterkningen for å kompensere for modustapet. Dette resulterer også i en perovskitt submikron laserkilde med en høyere effektiv mikrohulromskvalitetsfaktor og en smalere emisjonslinjebredde (figur 2). Mekanismen gir også ny innsikt i utviklingen av små, lavterskellasere basert på andre halvledermaterialer.

Figur 2. Mekanisme av sub-mikron laserkilde ved bruk av eksitoniske polarisoner

Song Jiepeng, en Zhibo-student fra 2020 fra School of Materials Science and Engineering ved Peking University, er den første forfatteren av artikkelen, og Peking University er den første enheten i artikkelen. Zhang Qing og Xiong Qihua, professor i fysikk ved Tsinghua University, er de tilsvarende forfatterne. Arbeidet ble støttet av National Natural Science Foundation of China og Beijing Science Foundation for Outstanding Young People.