Pekin Üniversitesi sürekli bir perovskit gerçekleştirdilazer kaynağı1 mikrondan küçük
Çip üstü optik ara bağlantının düşük enerji tüketimi gereksinimini (<10 fJ bit-1) karşılamak için 1μm2'den daha az cihaz alanına sahip sürekli bir lazer kaynağı oluşturmak önemlidir. Ancak cihaz boyutu küçüldükçe optik ve malzeme kayıpları önemli ölçüde artar, dolayısıyla mikron altı cihaz boyutuna ulaşmak ve lazer kaynaklarının sürekli optik pompalanmasını sağlamak son derece zordur. Son yıllarda halojenür perovskit malzemeleri, yüksek optik kazançları ve benzersiz eksiton polariton özellikleri nedeniyle sürekli optik olarak pompalanan lazerler alanında büyük ilgi görmüştür. Şimdiye kadar bildirilen perovskit sürekli lazer kaynaklarının cihaz alanı hala 10μm2'den büyüktür ve mikron altı lazer kaynaklarının tümü, uyarmak için daha yüksek pompa enerji yoğunluğuna sahip darbeli ışığa ihtiyaç duyar.
Bu zorluğa yanıt olarak Pekin Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Okulu'ndan Zhang Qing'in araştırma grubu, 0,65μm2 kadar düşük bir cihaz alanına sahip sürekli optik pompalama lazer kaynakları elde etmek için yüksek kaliteli perovskit mikron altı tek kristal malzemeleri başarıyla hazırladı. Aynı zamanda foton ortaya çıkar. Mikron altı sürekli optik olarak pompalanan lazer işlemindeki eksiton polariton mekanizması derinlemesine anlaşılmıştır; bu, küçük boyutlu, düşük eşikli yarı iletken lazerlerin geliştirilmesi için yeni bir fikir sağlar. "Cihaz Alanı 1 μm2'nin Altında Olan Sürekli Dalga Pompalı Perovskit Lazerler" başlıklı çalışmanın sonuçları yakın zamanda Advanced Materials'da yayınlandı.
Bu çalışmada inorganik perovskit CsPbBr3 tek kristal mikron tabakası safir substrat üzerine kimyasal buhar biriktirme yoluyla hazırlandı. Perovskit eksitonların oda sıcaklığında ses duvarı mikro boşluk fotonları ile güçlü eşleşmesinin eksitonik polaritonun oluşumuyla sonuçlandığı gözlendi. Doğrusal ila doğrusal olmayan emisyon yoğunluğu, dar çizgi genişliği, emisyon polarizasyon dönüşümü ve eşikteki uzaysal tutarlılık dönüşümü gibi bir dizi kanıt aracılığıyla, mikron altı boyutlu CsPbBr3 tek kristalinin sürekli optik olarak pompalanan floresans lazeri doğrulanır ve cihaz alanı 0,65μm2 kadar düşüktür. Aynı zamanda mikron altı lazer kaynağının eşiğinin büyük boyutlu lazer kaynağıyla karşılaştırılabilir düzeyde olduğu ve hatta daha düşük olabileceği bulunmuştur (Şekil 1).
Şekil 1. Sürekli optik olarak pompalanan mikron altı CsPbBr3lazer ışık kaynağı
Ayrıca, bu çalışma hem deneysel hem de teorik olarak araştırıyor ve mikron altı sürekli lazer kaynaklarının gerçekleştirilmesinde eksiton-polarize eksitonların mekanizmasını ortaya koyuyor. Mikron altı perovskitlerde geliştirilmiş foton-eksiton eşleşmesi, grup kırılma indeksinde yaklaşık 80'e kadar önemli bir artışa neden olur; bu, mod kaybını telafi etmek için mod kazancını önemli ölçüde artırır. Bu aynı zamanda daha yüksek etkili mikro boşluk kalite faktörüne ve daha dar emisyon çizgi genişliğine sahip bir perovskit mikron altı lazer kaynağıyla sonuçlanır (Şekil 2). Mekanizma aynı zamanda diğer yarı iletken malzemeleri temel alan küçük boyutlu, düşük eşikli lazerlerin geliştirilmesine yönelik yeni bilgiler de sağlıyor.
Şekil 2. Eksitonik polarizonlar kullanan mikron altı lazer kaynağının mekanizması
Pekin Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Okulu'ndan 2020 Zhibo öğrencisi Song Jiepeng makalenin ilk yazarıdır ve Pekin Üniversitesi makalenin ilk birimidir. Zhang Qing ve Tsinghua Üniversitesi Fizik profesörü Xiong Qihua ilgili yazarlardır. Çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı ve Pekin Üstün Gençler Bilim Vakfı tarafından desteklendi.
Gönderim zamanı: 12 Eylül 2023