Pekinško sveučilište realiziralo je perovskitni kontinuirani laserski izvor manji od 1 kvadratnog mikrona

Pekinško sveučilište realiziralo je perovskitni kontinuitetlaserski izvormanji od 1 kvadratnog mikrona
Važno je konstruirati kontinuirani laserski izvor s površinom uređaja manjom od 1 μm2 kako bi se zadovoljio zahtjev za niskom potrošnjom energije optičkog međusobnog povezivanja na čipu (<10 fJ bit-1). Međutim, kako se veličina uređaja smanjuje, optički i materijalni gubici značajno rastu, tako da je postizanje veličine uređaja ispod mikrona i kontinuirano optičko pumpanje laserskih izvora iznimno izazovno. Posljednjih godina halogenidni perovskitni materijali su dobili veliku pozornost u polju lasera s kontinuiranim optičkim pumpanjem zbog svog velikog optičkog dobitka i jedinstvenih svojstava eksciton polaritona. Područje uređaja do sada prijavljenih perovskitnih kontinuiranih laserskih izvora još uvijek je veće od 10 μm2, a svi submikronski laserski izvori zahtijevaju pulsirajuću svjetlost s većom gustoćom energije pumpe za stimulaciju.

Kao odgovor na ovaj izazov, istraživačka skupina Zhang Qinga sa Fakulteta za znanost o materijalima i inženjerstvo Sveučilišta u Pekingu uspješno je pripremila visokokvalitetne perovskitne submikronske monokristalne materijale za postizanje laserskih izvora kontinuiranog optičkog pumpanja s površinom uređaja od samo 0,65 μm2. U isto vrijeme, foton se otkriva. Mehanizam eksciton polaritona u submikronskom kontinuiranom optički pumpanom procesu lasera je duboko shvaćen, što daje novu ideju za razvoj malih poluvodičkih lasera niskog praga. Rezultati studije pod naslovom "Perovskitni laseri s kontinuiranim pumpanjem valova s ​​površinom uređaja ispod 1 μm2" nedavno su objavljeni u Advanced Materials.

U ovom radu mikronska ploča monokristala anorganskog perovskita CsPbBr3 pripremljena je na safirnoj podlozi kemijskim taloženjem iz pare. Uočeno je da je snažno spajanje ekscitona perovskita s fotonima mikrošupljine zvučnog zida na sobnoj temperaturi rezultiralo stvaranjem ekscitonskog polaritona. Kroz niz dokaza, kao što je linearni do nelinearni intenzitet emisije, uska širina linije, transformacija polarizacije emisije i transformacija prostorne koherencije na pragu, potvrđena je kontinuirana optički pumpana fluorescentna lasera monokristala CsPbBr3 veličine ispod mikrona, a područje uređaja je samo 0,65μm2. Istodobno je utvrđeno da je prag submikronskog laserskog izvora usporediv s pragom velikog laserskog izvora, a može biti i niži (slika 1).

Slika 1. Kontinuirani optički pumpani submikronski CsPbBr3laserski izvor svjetlosti

Nadalje, ovaj rad istražuje i eksperimentalno i teoretski i otkriva mehanizam eksciton-polariziranih ekscitona u realizaciji submikronskih kontinuiranih laserskih izvora. Poboljšano fotonsko-ekscitonsko sprezanje u submikronskim perovskitima rezultira značajnim povećanjem grupnog indeksa loma na oko 80, što znatno povećava pojačanje moda kako bi se kompenzirao gubitak moda. To također rezultira perovskitnim submikronskim laserskim izvorom s višim učinkovitim faktorom kvalitete mikrošupljine i užom širinom linije emisije (Slika 2). Mehanizam također pruža nove uvide u razvoj malih lasera niskog praga temeljenih na drugim poluvodičkim materijalima.

Slika 2. Mehanizam submikronskog laserskog izvora koji koristi ekscitonske polarizone

Song Jiepeng, Zhibo student 2020. sa Fakulteta za znanost o materijalima i inženjerstvo Sveučilišta u Pekingu, prvi je autor rada, a Sveučilište u Pekingu prva je jedinica rada. Zhang Qing i Xiong Qihua, profesor fizike na Sveučilištu Tsinghua, odgovarajući su autori. Rad su podržali Nacionalna zaklada za prirodne znanosti Kine i Pekinška znanstvena zaklada za izvanredne mlade ljude.