Универзитет у Пекингу је реализовао перовскитни континуалниласерски извормање од 1 квадратног микрона
Важно је конструисати континуирани ласерски извор са површином уређаја мањом од 1μм2 како би се испунили захтеви за ниску потрошњу енергије оптичке интерконекције на чипу (<10 fJ бит-1). Међутим, како се величина уређаја смањује, оптички и материјални губици значајно се повећавају, тако да је постизање субмикронске величине уређаја и континуираног оптичког пумпања ласерских извора изузетно изазовно. Последњих година, халогенидни перовскитни материјали су добили велику пажњу у области континуирано оптички пумпаних ласера због свог високог оптичког појачања и јединствених својстава екситонских поларитона. Површина уређаја перовскитних континуираних ласерских извора о којој је до сада било речи је и даље већа од 10μм2, а сви субмикронски ласерски извори захтевају импулсну светлост са већом густином енергије пумпања за стимулацију.
Као одговор на овај изазов, истраживачка група Жанг Ћинга са Школе за науку о материјалима и инжењерство Универзитета у Пекингу успешно је припремила висококвалитетне перовскитне субмикронске монокристалне материјале како би постигла континуиране оптичке пумпајуће ласерске изворе са површином уређаја од само 0,65 μм2. Истовремено, откривен је фотон. Механизам екситонских поларитона у субмикронском континуираном оптички пумпаном процесу ласирања је дубоко схваћен, што пружа нову идеју за развој полупроводничких ласера мале величине са ниским прагом. Резултати студије, под називом „Континуирани таласно пумпани перовскитни ласери са површином уређаја испод 1 μм2“, недавно су објављени у часопису Advanced Materials.
У овом раду, микронски слој неорганског перовскитног монокристала CsPbBr3 је припремљен на сафирној подлози хемијским таложењем из паре. Примећено је да јако спрезање перовскитних екситона са фотонима микрошупљине звучног зида на собној температури резултира формирањем екситонских поларитона. Кроз низ доказа, као што су интензитет емисије од линеарног до нелинеарног, уска ширина линије, трансформација поларизације емисије и трансформација просторне кохерентности на прагу, потврђена је континуирана оптички пумпана флуоресцентна лазе монокристала CsPbBr3 субмикронске величине, а површина уређаја је само 0,65 μm2. Истовремено, утврђено је да је праг субмикронског ласерског извора упоредив са прагом великог ласерског извора, па чак може бити и нижи (Слика 1).
Слика 1. Континуирано оптички пумпани субмикронски CsPbBr3извор ласерске светлости
Даље, овај рад истражује и експериментално и теоријски, и открива механизам екситон-поларизованих екситона у реализацији субмикронских континуалних ласерских извора. Побољшано спрезање фотона и екситона у субмикронским перовскитима резултира значајним повећањем групног индекса преламања на око 80, што значајно повећава појачање мода како би се компензовао губитак мода. Ово такође резултира перовскитним субмикронским ласерским извором са вишим ефективним фактором квалитета микрошупљине и ужом ширином емисионе линије (Слика 2). Механизам такође пружа нове увиде у развој ласера малих димензија са ниским прагом заснованих на другим полупроводничким материјалима.
Слика 2. Механизам субмикронског ласерског извора који користи екситонске поларизоне
Сонг Ђиепенг, студент Жибоа из 2020. године са Школе за науку о материјалима и инжењерство Универзитета у Пекингу, је први аутор рада, а Универзитет у Пекингу је прва јединица рада. Џанг Ћинг и Сјонг Ћихуа, професор физике на Универзитету Цингхуа, су одговарајући аутори. Рад је подржан од стране Националне фондације за природне науке Кине и Пекиншке научне фондације за изузетне младе људе.
Време објаве: 12. септембар 2023.