突破！北大成功实现小于1μm2的钙钛矿连续激光源

发布时间：2023-09-12 11:17:33 所属栏目：动态来源：

导读：对于实现高度集成的光学耦合元件和减小至1微米2，以利于降低集成电路内的电能量消耗(<1毫焦/比特)至关重要。然而，随着器件尺寸的减小，光学和材料损耗显著增加，因此实现激光光源的亚微米器件尺寸和连续光泵浦极具挑

对于实现高度集成的光学耦合元件和减小至1微米2，以利于降低集成电路内的电能量消耗(<1毫焦/比特)至关重要。然而，随着器件尺寸的减小，光学和材料损耗显著增加，因此实现激光光源的亚微米器件尺寸和连续光泵浦极具挑战。近年来，卤化物钙钛矿材料因其高光学增益和独特的激子极化激光特性在连续光泵浦激光领域受到广泛关注。迄今报道的钙钛矿连续激光源的器件面积仍大于10μm2，而亚微米激光源均需较高泵浦能量密度的脉冲光进行激发。

针对该挑战，北京大学材料科学与工程学院张青课题组成功制备了高质量钙钛矿亚微米单晶材料，实现连续光泵浦激光源，器件面积低至0.65μm2。同时揭示了光子-激子强耦合区域的一种反常阈值-尺寸构效关系，深入理解激子极化激光在亚微米连续光泵浦激射过程的作用机制，为开发小尺寸低阈值半导体激光器提供了新思路。研究结果以“Continuous-Wave Pumped Perovskite Lasers with Device Area Below 1 μm2”为题，于近日发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。

该工作利用化学气相沉积法在蓝宝石衬底上制备了全无机钙钛矿CsPbBr3单晶微米片，观察到室温下钙钛矿激子与回音壁微腔光子发生强耦合，形成激子极化激元。通过发射强度从线性到非线性变化、线宽变窄、发射偏振转变和阈值处空间相干性转变等一系列证据，证实了亚微米尺寸CsPbBr3单晶片的连续光泵浦荧光激射，其器件面积最低至0.65μm2。研究人员同时发现，一个亚微米直径的激光光源的阈值与任何其他大尺寸直径的激光光源相当，甚至可以更低。

进一步，该工作从实验和理论两方面进行了探索，揭示了激子极化激光在实现亚微米连续激光源中的作用机制。亚微米尺寸钙钛矿中增强的光子-激子耦合作用导致群折射率显著增大至约80，进而大幅提升其模式增益以补偿模式损耗。同时，这也导致钙钛矿亚微米激光源可具有更高的有效微腔品质因子和更窄的发射线宽。该机制也为开发基于其他半导体材料的小尺寸低阈值激光器提供了新见解。研究人员表示，这项工作的重点是寻找一种能够实现高功率密度的新型半导体材料，并且可以通过改变晶体结构来控制其性能。

（编辑：聊城站长网）

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