L'Université de Pékin a réalisé un projet continu de pérovskitesource laserinférieur à 1 micron carré
Il est important de construire une source laser continue avec une surface de dispositif inférieure à 1 μm2 pour répondre à l'exigence de faible consommation d'énergie de l'interconnexion optique sur puce (<10 fJ bit-1). Cependant, à mesure que la taille du dispositif diminue, les pertes optiques et matérielles augmentent considérablement. Il est donc extrêmement difficile d’atteindre une taille de dispositif inférieure au micron et un pompage optique continu des sources laser. Ces dernières années, les matériaux pérovskites aux halogénures ont fait l'objet d'une grande attention dans le domaine des lasers à pompage optique continu en raison de leur gain optique élevé et de leurs propriétés uniques de polariton d'exciton. La surface du dispositif des sources laser continues à pérovskite signalée jusqu'à présent est toujours supérieure à 10 μm2, et les sources laser submicroniques nécessitent toutes une lumière pulsée avec une densité d'énergie de pompe plus élevée pour être stimulées.
En réponse à ce défi, le groupe de recherche de Zhang Qing de l'École de science et d'ingénierie des matériaux de l'Université de Pékin a préparé avec succès des matériaux monocristallins submicroniques pérovskites de haute qualité pour obtenir des sources laser à pompage optique continu avec une surface de dispositif aussi faible que 0,65 μm2. Dans le même temps, le photon se révèle. Le mécanisme de la polariton de l'exciton dans le processus laser à pompage optique continu submicronique est parfaitement compris, ce qui fournit une nouvelle idée pour le développement de lasers à semi-conducteurs à faible seuil de petite taille. Les résultats de l’étude, intitulée « Lasers à pérovskite pompés à ondes continues avec une zone de dispositif inférieure à 1 μm2 », ont été récemment publiés dans Advanced Materials.
Dans ce travail, la feuille micronique monocristalline de pérovskite inorganique CsPbBr3 a été préparée sur un substrat de saphir par dépôt chimique en phase vapeur. Il a été observé que le fort couplage des excitons de pérovskite avec les photons de la microcavité du mur sonore à température ambiante entraînait la formation d'un polariton excitonique. Grâce à une série de preuves, telles que l'intensité d'émission linéaire à non linéaire, la largeur de ligne étroite, la transformation de polarisation d'émission et la transformation de cohérence spatiale au seuil, la fluorescence continue pompée optiquement du monocristal CsPbBr3 de taille submicronique est confirmée, et la zone du dispositif est aussi faible que 0,65 μm2. Dans le même temps, il a été constaté que le seuil de la source laser submicronique est comparable à celui de la source laser de grande taille, et peut même être inférieur (Figure 1).
Figure 1. CsPbBr3 submicronique pompé optiquement en continusource de lumière laser
De plus, ce travail explore à la fois expérimentalement et théoriquement et révèle le mécanisme des excitons polarisés par excitons dans la réalisation de sources laser continues submicroniques. Le couplage photon-exciton amélioré dans les pérovskites submicroniques entraîne une augmentation significative de l'indice de réfraction du groupe jusqu'à environ 80, ce qui augmente considérablement le gain de mode pour compenser la perte de mode. Cela aboutit également à une source laser submicronique à pérovskite avec un facteur de qualité de microcavité efficace plus élevé et une largeur de raie d’émission plus étroite (Figure 2). Le mécanisme fournit également de nouvelles informations sur le développement de lasers de petite taille à faible seuil basés sur d’autres matériaux semi-conducteurs.
Figure 2. Mécanisme d'une source laser submicronique utilisant des polarizons excitoniques
Song Jiepeng, étudiant Zhibo 2020 de l'École de science et d'ingénierie des matériaux de l'Université de Pékin, est le premier auteur de l'article, et l'Université de Pékin est la première unité de l'article. Zhang Qing et Xiong Qihua, professeur de physique à l'Université Tsinghua, sont les auteurs correspondants. Les travaux ont été soutenus par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et la Fondation scientifique de Pékin pour les jeunes exceptionnels.
Heure de publication : 12 septembre 2023