中國粉體網(wǎng)訊 近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所與南京航空航天大學(xué)、中科院半導(dǎo)體研究所開展合作，成功制備出高品質(zhì)、低閾值的單晶全無機(jī)鈣鈦礦CsPbBr3微腔，并獲得高溫穩(wěn)定的上轉(zhuǎn)換單模激射。該研究為微腔在光學(xué)片上集成提供了新思路，相關(guān)研究成果已發(fā)表在ACS Photonics 期刊上。
窄線寬、超高品質(zhì)的單模納米激光器在物理和工程方面有著諸多應(yīng)用潛能，如片上光學(xué)集成、相干探測以及量子信息處理等。而全無機(jī)鈣鈦礦CsPbBr3半導(dǎo)體材料作為一種高增益材料受到了廣泛的關(guān)注與研究。但是，熱穩(wěn)定性差一直是限制該材料的最大問題。目前，絕大多數(shù)鈣鈦礦微腔只能在室溫甚至是低溫下才能獲得激射，這極大限制了高功率集成光電子設(shè)備以及鈣鈦礦電泵浦激光器的應(yīng)用。因此，提升鈣鈦礦微腔的熱穩(wěn)定性，從而獲得穩(wěn)定的高品質(zhì)因子的單模激光輸出是一個(gè)亟待解決的問題。
研究團(tuán)隊(duì)制備的單晶全無機(jī)鈣鈦礦CsPbBr3微腔，首次將鈣鈦礦微腔的工作溫度提升到440K，且在440K溫度下，仍可以獲得540nm上轉(zhuǎn)換單模激射。該激射能在1.4倍閾值功率泵浦下以相對(duì)強(qiáng)度1維持60鐘（7.2×104 泵浦激勵(lì)循環(huán)）。此外，在室溫下，通過800 nm的雙光子泵浦還可以獲得品質(zhì)因子高達(dá)1.01×104的單模激射輸出。研究團(tuán)隊(duì)還利用3D立體仿真，解析了立方體微腔中的復(fù)雜模式，計(jì)算得出在立方微腔中存在多套模式。結(jié)果顯示，隨著微腔體積的減小，不僅模式的套數(shù)減少，模式數(shù)也減少。最終當(dāng)立方體微腔的尺寸在1.7mm時(shí)，可獲得單模激光輸出。相關(guān)成果得到同行評(píng)審的一致認(rèn)可。
該研究由國家自然科學(xué)基金委員會(huì)（61675219, 61875256, 61475173, 11474297, 11674343）、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)以及上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)資助完成(No. 17ZR1444000)。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/江岸）
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