Пекінський університет реалізував перовскітне безперервне лазерне джерело розміром менше 1 квадратного мікрона

Пекінський університет реалізував безперервний перовскітджерело лазераменше 1 квадратного мікрона
Важливо побудувати безперервне лазерне джерело з площею пристрою менше 1 мкм2, щоб відповідати вимогам низького енергоспоживання внутрішньокристального оптичного з’єднання (<10 фДж біт-1). Однак із зменшенням розміру пристрою оптичні та матеріальні втрати значно збільшуються, тому досягнення субмікронного розміру пристрою та безперервного оптичного накачування лазерних джерел є надзвичайно складним завданням. Останніми роками галогенідні перовскітові матеріали привернули велику увагу в області безперервних лазерів з оптичною накачкою через їх високе оптичне посилення та унікальні екситон-поляритонні властивості. Площа пристроїв перовскітних безперервних лазерних джерел, про які повідомлялося на даний момент, все ще перевищує 10 мкм2, і всі субмікронні лазерні джерела потребують імпульсного світла з більшою щільністю енергії накачування для стимуляції.

У відповідь на цей виклик дослідницька група Чжана Ціна зі Школи матеріалознавства та інженерії Пекінського університету успішно підготувала високоякісні перовскітові субмікронні монокристалічні матеріали для створення лазерних джерел безперервного оптичного накачування з площею пристрою всього 0,65 мкм2. При цьому виявляється фотон. Механізм екситонного поляритону в субмікронному процесі генерації безперервної оптичної накачування глибоко вивчений, що дає нову ідею для розробки напівпровідникових лазерів малого розміру з низьким порогом. Результати дослідження під назвою «Перовскітові лазери з безперервною накачкою з площею пристрою менше 1 мкм2» були нещодавно опубліковані в Advanced Materials.

У цій роботі монокристалічний мікронний лист неорганічного перовскіту CsPbBr3 був виготовлений на сапфіровій підкладці шляхом хімічного осадження з парової фази. Було помічено, що сильне зчеплення екситонів перовскіту з фотонами мікропорожнини звукової стінки при кімнатній температурі призвело до утворення екситонного поляритону. За допомогою низки доказів, таких як інтенсивність випромінювання від лінійного до нелінійного, вузька ширина лінії, перетворення поляризації випромінювання та перетворення просторової когерентності на порозі, безперервна лазерна флуоресценція з оптичною накачкою монокристала CsPbBr3 субмікронного розміру підтверджується, а площа пристрою становить лише 0,65 мкм2. У той же час виявилося, що поріг субмікронного лазерного джерела порівнянний з порогом великогабаритного лазерного джерела і навіть може бути нижчим (рис. 1).

Рисунок 1. Субмікронний CsPbBr3 з безперервною оптичною накачкоюджерело лазерного світла

Крім того, ця робота досліджує як експериментально, так і теоретично, а також розкриває механізм екситон-поляризованих екситонів у реалізації субмікронних безперервних лазерних джерел. Посилений зв’язок фотон-екситон у субмікронних перовскітах призводить до значного збільшення групового показника заломлення приблизно до 80, що істотно збільшує посилення моди для компенсації втрати моди. Це також призводить до перовскітного субмікронного лазерного джерела з вищим ефективним коефіцієнтом якості мікропорожнини та меншою шириною лінії випромінювання (рис. 2). Механізм також дає нові знання про розробку малорозмірних лазерів з низьким порогом на основі інших напівпровідникових матеріалів.

Рисунок 2. Механізм субмікронного лазерного джерела з використанням екситонних поляризонів

Сонг Джіпен, студент Чжібо 2020 року зі Школи матеріалознавства та інженерії Пекінського університету, є першим автором статті, а Пекінський університет є першим розділом статті. Чжан Цін і Сюн Ціхуа, професор фізики в Університеті Цінхуа, є відповідними авторами. Роботу підтримали Національний фонд природничих наук Китаю та Пекінський науковий фонд видатних молодих людей.