北京大学は、ペロブスカイトの連続レーザー源を1平方ミクロン未満に実現しました

北京大学は、ペロブスカイトの連続を実現しましたレーザーソース1平方ミクロンより小さい
1μm2未満のデバイスエリアを持つ連続レーザーソースを構築して、オンチップ光学相互接続の低エネルギー消費要件（<10 FJ BIT-1）を満たすことが重要です。ただし、デバイスのサイズが減少すると、光学的損失と材料の損失が大幅に増加するため、サブミクロンのデバイスサイズとレーザー源の連続光ポンプを達成することは非常に困難です。近年、ハロゲン化物ペロブスカイト材料は、光学的ゲインとユニークな励起子ポラリトンの特性により、連続光ポンプレーザーの分野で広範な注目を集めています。これまでに報告されたペロブスカイト連続レーザーソースのデバイスエリアはまだ10μm2を超えており、サブミクロンレーザー源はすべて、刺激するためにより高いポンプエネルギー密度の高いパルス光を必要とします。

この課題に対応して、北京大学の材料科学工学部のZhang Qingの研究グループは、高品質のペロブスカイトサブミクロン単結晶材料の準備を成功裏に準備して、デバイス面積が0.65μm2にある連続光ポンプレーザー源を実現しました。同時に、光子が明らかになります。サブミクロン連続光ポンプ付きレーシングプロセスにおける励起子ポラリトンのメカニズムが深く理解されており、小型の低閾値半導体レーザーの開発に関する新しいアイデアを提供します。 「1μm2未満のデバイス面積を備えた連続波ポンプ付きペロブスカイトレーザー」というタイトルの研究の結果は、最近Advanced Materialsで公開されました。

この作業では、無機ペロブスカイトCSPBBR3単結晶ミクロンシートを、化学蒸気堆積によりサファイア基板上に調製しました。室温での音壁の微小局所光子を伴うペロブスカイト励起子の強力な結合により、励起筋ポラリトンが形成されることが観察されました。線形から非線形の発光強度、狭い線幅、放射偏光変換、およびしきい値での空間コヒーレンス変換などの一連の証拠を通じて、サブミクロンサイズのCSPBBR3単結晶の連続光ポンプ付き蛍光レースが確認され、デバイス面積は0.65μM2と同じです。同時に、サブミクロンレーザーソースのしきい値は、大規模レーザーソースの閾値に匹敵し、さらには低くなることがわかっています（図1）。

図1。連​​続した光学的にポンピングされたサブミクロンCSPBBR3レーザー光源

さらに、この研究は実験的にも理論的にも探求され、サブミクロン連続レーザー源の実現における励起子偏光励起子のメカニズムを明らかにします。サブミクロンペロブスカイトのフォトンエクスチトンカップリングの強化により、グループ屈折指数が約80に大幅に増加し、モード損失を補正するモードゲインが大幅に増加します。これにより、有効な微小キャビティの品質係数が高く、排出ライン幅が狭く、ペロブスカイトサブミクロンレーザーソースも発生します（図2）。このメカニズムは、他の半導体材料に基づいた小型の低閾値レーザーの開発に関する新しい洞察も提供します。

図2。励起筋極性を使用したサブミクロンレーザーソースのメカニズム

Song Jiepengは、Peking Universityの材料科学工学部の2020年のZhiboの学生であり、論文の最初の著者であり、北京大学はこの論文の最初のユニットです。ツァン・チンとXiong Qihua、Tsinghua大学の物理学教授は、対応する著者です。この作業は、中国国立自然科学財団と傑出した若者のための北京科学財団によってサポートされていました。