북경대학교, 1제곱미크론보다 작은 페로브스카이트 연속 레이저 소스 구현

북경대학교는 페로브스카이트 연속체를 실현했다.레이저 소스1제곱 미크론보다 작음
온칩 광 상호 연결(<10 fJ 비트-1)의 낮은 에너지 소비 요구 사항을 충족하려면 1μm2 미만의 장치 영역으로 연속 레이저 소스를 구성하는 것이 중요합니다. 그러나 장치 크기가 감소함에 따라 광학 및 재료 손실이 크게 증가하므로 서브 마이크론 장치 크기와 레이저 소스의 지속적인 광학 펌핑을 달성하는 것은 매우 어렵습니다. 최근 몇 년 동안 할라이드 페로브스카이트 재료는 높은 광학 이득과 독특한 엑시톤 폴라리톤 특성으로 인해 연속 광학 펌핑 레이저 분야에서 광범위한 주목을 받았습니다. 지금까지 보고된 페로브스카이트 연속 레이저 소스의 장치 면적은 여전히 ​​10μm2보다 크며, 서브미크론 레이저 소스는 모두 자극을 위해 더 높은 펌프 에너지 밀도를 갖는 펄스 광이 필요합니다.

이러한 과제에 대응하여 북경 대학교 재료 과학 및 공학부의 Zhang Qing 연구 그룹은 0.65μm2만큼 낮은 장치 면적으로 연속 광학 펌핑 레이저 소스를 달성하기 위해 고품질 페로브스카이트 서브미크론 단결정 재료를 성공적으로 준비했습니다. 동시에 광자가 드러납니다. 서브미크론 연속 광학 펌핑 레이저 공정에서 여기자 폴라리톤의 메커니즘이 깊이 이해되었으며, 이는 소형 ​​크기의 낮은 임계값 반도체 레이저 개발을 위한 새로운 아이디어를 제공합니다. "1 μm2 이하의 장치 면적을 갖는 연속파 펌핑 페로브스카이트 레이저"라는 제목의 연구 결과는 최근 Advanced Materials에 게재되었습니다.

이 연구에서는 무기 페로브스카이트 CsPbBr3 단결정 마이크론 시트를 사파이어 기판 위에 화학 기상 증착법으로 제조했습니다. 실온에서 페로브스카이트 여기자와 음벽 미세공동 광자의 강한 결합으로 인해 여기자 극성이 형성되는 것으로 관찰되었습니다. 선형에서 비선형 방출 강도, 좁은 선폭, 방출 편광 변환 및 임계값에서의 공간 일관성 변환과 같은 일련의 증거를 통해 서브 마이크론 크기 CsPbBr3 단결정의 연속 광학 펌핑 형광 레이저가 확인되고 장치 영역 0.65μm2만큼 낮습니다. 동시에 서브미크론 레이저 소스의 임계값은 대형 레이저 소스의 임계값과 비슷하며 더 낮을 수도 있다는 것이 밝혀졌습니다(그림 1).

그림 1. 연속 광학 펌핑 서브미크론 CsPbBr3레이저 광원

또한, 이 연구는 실험적으로나 이론적으로 탐구하고 서브미크론 연속 레이저 소스의 구현에서 엑시톤 편광 엑시톤의 메커니즘을 밝힙니다. 서브마이크론 페로브스카이트의 강화된 광자-여기자 결합은 군굴절률을 약 80까지 크게 증가시키며, 이는 모드 손실을 보상하기 위해 모드 이득을 실질적으로 증가시킵니다. 이는 또한 더 높은 유효 미세공동 품질 계수와 더 좁은 방출 선폭을 갖는 페로브스카이트 서브미크론 레이저 소스를 생성합니다(그림 2). 이 메커니즘은 또한 다른 반도체 재료를 기반으로 하는 소형, 낮은 임계값 레이저 개발에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다.

그림 2. 여기자 편광자를 이용한 서브미크론 레이저 소스의 메커니즘

북경대학교 재료과학공학부의 2020년 Zhibo 학생인 Song Jiepeng이 이 논문의 첫 번째 저자이고, 북경대학교가 이 논문의 첫 번째 단위입니다. Zhang Qing과 Tsinghua University 물리학 교수 Xiong Qihua가 교신저자입니다. 이 작업은 중국 국립자연과학재단과 베이징 우수 청소년 과학 재단의 지원을 받았습니다.