Pekino universitetas realizavo perovskito nuolatinį lazerio šaltinį, mažesnį nei 1 kvadratinis mikronas

Pekino universitetas įgyvendino perovskito tęstinumąlazerio šaltinismažesnis nei 1 kvadratinis mikronas
Svarbu sukurti nenutrūkstamą lazerinį šaltinį, kurio įrenginio plotas mažesnis nei 1 μm2, kad būtų patenkintas mažo energijos suvartojimo reikalavimas lusto optiniam sujungimui (<10 fJ bit-1). Tačiau mažėjant įrenginio dydžiui, optiniai ir medžiagų nuostoliai žymiai padidėja, todėl pasiekti mažesnio dydžio įrenginio dydį ir nuolatinį optinį lazerio šaltinių pumpavimą yra labai sudėtinga. Pastaraisiais metais halogenidų perovskito medžiagoms buvo skiriamas didelis dėmesys nuolatinių optiškai pumpuojamų lazerių srityje dėl didelio optinio stiprinimo ir unikalių eksitono poliaritono savybių. Iki šiol pranešta perovskito nuolatinių lazerinių šaltinių įrenginio plotas vis dar yra didesnis nei 10 μm2, o submikroniniams lazeriniams šaltiniams stimuliuoti reikalinga impulsinė šviesa su didesniu siurblio energijos tankiu.

Reaguodama į šį iššūkį, Zhang Qing tyrimų grupė iš Pekino universiteto Medžiagų mokslo ir inžinerijos mokyklos sėkmingai paruošė aukštos kokybės perovskito submikronines monokristalines medžiagas, kad būtų sukurti nuolatiniai optiniai siurbimo lazeriniai šaltiniai, kurių įrenginio plotas yra ne mažesnis kaip 0,65 μm2. Tuo pačiu metu atskleidžiamas fotonas. Eksitoninio poliaritono mechanizmas submikroniniame nepertraukiamo optinio pumpavimo lazeriniame procese yra giliai suprantamas, o tai suteikia naują idėją mažo dydžio žemo slenksčio puslaidininkinių lazerių kūrimui. Tyrimo, pavadinto „Nuolatinės bangos pumpuojami perovskito lazeriai, kurių įrenginio plotas mažesnis nei 1 μm2“, rezultatai neseniai buvo paskelbti „Advanced Materials“.

Šiame darbe neorganinio perovskito CsPbBr3 vieno kristalo mikronų lakštas buvo paruoštas ant safyro substrato cheminiu garų nusodinimu. Pastebėta, kad stipriai susijungus perovskito eksitonams su garso sienelės mikroertmės fotonais kambario temperatūroje, susidarė eksitoninis poliaritonas. Remiantis daugybe įrodymų, tokių kaip tiesinis ir netiesinis spinduliuotės intensyvumas, siauros linijos plotis, emisijos poliarizacijos transformacija ir erdvinės koherencijos transformacija ties slenksčiu, patvirtinama nuolatinė optiškai pumpuojama submikroninio CsPbBr3 vieno kristalo fluorescencinė lazė ir įrenginio plotas. yra tik 0,65 μm2. Tuo pačiu metu buvo nustatyta, kad submikroninio lazerio šaltinio slenkstis yra panašus į didelio dydžio lazerinio šaltinio slenkstį ir gali būti netgi mažesnis (1 pav.).

1 pav. Nuolatinis optiškai pumpuojamas submikronas CsPbBr3lazerio šviesos šaltinis

Be to, šis darbas tiria tiek eksperimentiškai, tiek teoriškai ir atskleidžia eksitonų poliarizuotų eksitonų mechanizmą realizuojant submikroninius nuolatinius lazerinius šaltinius. Patobulintas fotonų ir eksitonų jungimas submikroniniuose perovskituose žymiai padidina grupės lūžio rodiklį iki maždaug 80, o tai žymiai padidina režimo padidėjimą, kad kompensuotų režimo praradimą. Taip pat gaunamas perovskito submikroninis lazerio šaltinis, turintis didesnį efektyvų mikroertmės kokybės koeficientą ir siauresnį emisijos linijos plotį (2 pav.). Šis mechanizmas taip pat suteikia naujų įžvalgų apie mažo dydžio, žemo slenksčio lazerių, pagrįstų kitomis puslaidininkinėmis medžiagomis, kūrimą.

2 pav. Submikroninio lazerio šaltinio mechanizmas naudojant eksitoninius poliarizuotus

Song Jiepeng, 2020 m. Zhibo studentas iš Pekino universiteto Medžiagų mokslo ir inžinerijos mokyklos, yra pirmasis šio straipsnio autorius, o Pekino universitetas yra pirmasis šio straipsnio skyrius. Zhang Qing ir Xiong Qihua, Tsinghua universiteto fizikos profesorius, yra atitinkami autoriai. Darbą rėmė Kinijos nacionalinis gamtos mokslų fondas ir Pekino mokslo fondas išskirtiniams jauniesiems žmonėms.