Nyligen genomförde State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics vid Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM), Chinese Academy of Sciences (CAS), i samarbete med Hangzhou Institute of Advanced Studies of Chinese Academy of Sciences (HIAS) och Huazhong University of Science and Technology (HUST), har realiserat högpresterande kalkogenid-singelmodslasrar på subvåglängdsskalor baserade på studiet av kalkogenidförstärkningsmekanismen med miniatyrisering av lasrar som dragkraft. De relaterade forskningsresultaten, med titeln Water-resistant subwavelength perovskite lasing from transparent silica-based nanocaavity, publicerades i Advanced Materials (Advanced Materials).
Metallhalogenidkalkogenider anses vara ett av de idealiska förstärkningsmedierna för högpresterande mikro- och nanolaserenheter, med potentiella tillämpningar i fotoniska informationsbehandlingssystem på chip och framtida integrerad optoelektronik. För närvarande använder den vanliga tekniken för beredning av kalkogenidlasrar huvudsakligen lösningsmetoden. Jämfört med den är termisk förångningsteknik enklare att uppnå storarea produktion med kontrollerad precision och har redan tillämpats i kommersiella lysdioder. Emellertid har termiskt förångade kalkogenidfilmer studerats mindre för lasrar på grund av deras höga defekt, och därför släpar prestanda efter deras lösningsbehandlade motsvarigheter. Dessutom är en annan utmaning för kalkogenidlasrar att de är känsligare för fukt, vilket begränsar den kommersiella tillämpningen av kalkogenidbaserade enheter, särskilt eftersom lite experimentellt arbete har rapporterats på kalkogenidlasrar i vatten.
a, tre-källor samförångning schematisk; b, kalkogenidfluorescensspektra; c, fluorescenslivslängd; df, temperaturberoende fluorescensspektra av luminescensintensitet, halvhöjdsbredd och topppositionsdiagram
Framsteg för Shanghai Institute of Optical Machinery i forskningen av högfrekventa och högeffekts ultrasnabba lasrar vid hög gravimetrisk frekvens
af, förstärkningsdynamikmekanism; gi, sammansatt dynamikmekanism
a, vertikalkavitetslaserutsignalspektra med sub-våglängd; b, laseringångs-utgångsdiagram; c, laserinterferogram; d, laserutgångspunktdiagram; e, schematisk undervattenslaser; f, undervattenslaserutgångsspektra; g, 20 dagars undervattenslaserstabil utgång
Studien använde en ligandassisterad strategi för samförångning med tre källor för att utveckla högkvalitativt kalkogenid tunnfilmsförstärkningsmedia genom att introducera tillsatser för att bromsa kristallisering, uppnå defektpassivering och domänbegränsad modulering. Studien bekräftar att de optimerade kalkogenid-tunna filmerna har utmärkta bärarkompositegenskaper och förbättrad optisk förstärkningsprestanda genom ultrasnabba transientabsorptionsspektroskopiexperiment. Inspirerad av den tidigare nämnda höga förstärkningen konstruerades en enkel symmetrisk struktur baserad på ett transparent symmetriskt SiO2-ark för att realisera en lågtröskel (13 μJ/cm2) enkelmods sub-våglängdsskala (120 nm) termiskt förångad kalkogenidlaser, som kan drivas stabilt och i singelläge under vatten i mer än 20 dagar, och dess långa koherenslängd (115,6 μm) och höga linjära polarisering (82%) bekräftar ytterligare den utmärkta prestandan hos denna miniatyriserade laser. Den långa koherenslängden (115,6 μm) och den höga linjära polariseringen (82%) bekräftar ytterligare förträffligheten hos denna miniatyriserade laser. Kombinationen av denna kompakta och enkla transparenta vertikala kavitetsstruktur och termiska förångningsprocess förväntas ge en enkel, robust och pålitlig massproduktionsstrategi för framtida kiselfotonikkompatibla kalkogenidlasrar, och stödja utvecklingen av nya typer av kalkogenidoptoelektroniska enheter med förbättrad prestanda.
Forskningen stöds av Kinas nationella nyckelforsknings- och utvecklingsprogram, Kinas National Natural Science Foundation och Shanghai Basic Research Pilot Program.
