Die Universität Peking realisierte eine kontinuierliche Perowskit-Laserquelle mit einer Größe von weniger als 1 Quadratmikrometer

Die Peking-Universität realisierte einen Perowskit-KontinuumLaserquellekleiner als 1 Quadratmikrometer
Es ist wichtig, eine kontinuierliche Laserquelle mit einer Gerätefläche von weniger als 1 μm2 zu konstruieren, um die Anforderungen an den geringen Energieverbrauch der optischen On-Chip-Verbindung (<10 fJ Bit-1) zu erfüllen. Mit abnehmender Gerätegröße nehmen jedoch die optischen und materiellen Verluste erheblich zu, sodass das Erreichen einer Gerätegröße im Submikrometerbereich und ein kontinuierliches optisches Pumpen von Laserquellen äußerst schwierig ist. In den letzten Jahren haben Halogenid-Perowskit-Materialien aufgrund ihres hohen optischen Gewinns und ihrer einzigartigen Exziton-Polariton-Eigenschaften große Aufmerksamkeit auf dem Gebiet der kontinuierlich optisch gepumpten Laser erhalten. Die bisher gemeldete Gerätefläche kontinuierlicher Perowskit-Laserquellen beträgt immer noch mehr als 10 μm2, und alle Submikron-Laserquellen benötigen zur Stimulation gepulstes Licht mit höherer Pumpenergiedichte.

Als Reaktion auf diese Herausforderung hat die Forschungsgruppe von Zhang Qing von der School of Materials Science and Engineering der Universität Peking erfolgreich hochwertige Perowskit-Submikron-Einkristallmaterialien hergestellt, um kontinuierlich optische Pumplaserquellen mit einer Gerätefläche von nur 0,65 μm2 zu erhalten. Gleichzeitig wird das Photon sichtbar. Der Mechanismus des Exziton-Polaritons im kontinuierlichen optisch gepumpten Laserprozess im Submikronbereich ist gut verstanden, was eine neue Idee für die Entwicklung kleiner Halbleiterlaser mit niedriger Schwelle liefert. Die Ergebnisse der Studie mit dem Titel „Continuous Wave Pumped Perovskite Lasers with Device Area Below 1 μm2“ wurden kürzlich in Advanced Materials veröffentlicht.

In dieser Arbeit wurde die einkristalline Mikrometerschicht aus anorganischem Perowskit CsPbBr3 durch chemische Gasphasenabscheidung auf einem Saphirsubstrat hergestellt. Es wurde beobachtet, dass die starke Kopplung von Perowskit-Exzitonen mit den Schallwand-Mikrokavitätsphotonen bei Raumtemperatur zur Bildung von excitonischen Polaritonen führte. Durch eine Reihe von Beweisen, wie z. B. lineare bis nichtlineare Emissionsintensität, schmale Linienbreite, Emissionspolarisationstransformation und räumliche Kohärenztransformation an der Schwelle, wird die kontinuierliche optisch gepumpte Fluoreszenzlase von CsPbBr3-Einkristallen im Submikrometerbereich und die Gerätefläche bestätigt beträgt nur 0,65 μm2. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass die Schwelle der Submikron-Laserquelle mit der der großen Laserquelle vergleichbar ist und sogar niedriger sein kann (Abbildung 1).

Abbildung 1. Kontinuierlich optisch gepumptes Submikron-CsPbBr3Laserlichtquelle

Darüber hinaus untersucht diese Arbeit sowohl experimentell als auch theoretisch den Mechanismus von Exzitonen-polarisierten Exzitonen bei der Realisierung kontinuierlicher Laserquellen im Submikronbereich. Die verbesserte Photonen-Exzitonen-Kopplung in Submikron-Perowskiten führt zu einem deutlichen Anstieg des Gruppenbrechungsindex auf etwa 80, was die Modenverstärkung wesentlich erhöht, um den Modenverlust zu kompensieren. Dies führt auch zu einer Perowskit-Submikron-Laserquelle mit einem höheren effektiven Mikrokavitätsqualitätsfaktor und einer schmaleren Emissionslinienbreite (Abbildung 2). Der Mechanismus liefert auch neue Einblicke in die Entwicklung kleiner Laser mit niedriger Schwelle auf der Basis anderer Halbleitermaterialien.

Abbildung 2. Mechanismus einer Submikron-Laserquelle unter Verwendung exzitonischer Polarisonen

Song Jiepeng, ein Zhibo-Student des Jahres 2020 an der School of Materials Science and Engineering der Universität Peking, ist der Erstautor der Arbeit, und die Peking-Universität ist die erste Einheit der Arbeit. Zhang Qing und Xiong Qihua, Professor für Physik an der Tsinghua-Universität, sind die entsprechenden Autoren. Die Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China und der Beijing Science Foundation for Outstanding Young People unterstützt.