浙江大學光電科學與工程學院教授狄大衛(wèi)、鄒晨和趙保丹團隊研制了世界上第一個電驅動鈣鈦礦激光器。近日，相關研究論文發(fā)表于《自然》。
激光器種類繁多，當前鈣鈦礦半導體、有機半導體和量子點等新型激光材料展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。在這些材料中，鈣鈦礦半導體因其發(fā)射光譜可調(可實現(xiàn)各種色彩)，且在光驅動條件下能實現(xiàn)極低的激光發(fā)射閾值，具有十分廣闊的技術前景。然而，一直以來，研發(fā)電驅動鈣鈦礦激光器是鈣鈦礦光電子學領域的最大挑戰(zhàn)，也是全球眾多科研團隊共同追尋的目標。
為實現(xiàn)電驅動激光發(fā)射，研究人員發(fā)明了一種集成式的雙腔結構，將高功率微腔鈣鈦礦LED子單元與低閾值鈣鈦礦單晶微腔子單元集成于同一個器件，形成了一個垂直堆疊的多層結構。該器件將微腔鈣鈦礦LED在電激勵下產生的大量光子高效耦合(耦合效率達82.7%)到第二個微腔中，并激發(fā)單晶鈣鈦礦增益介質，產生激光。
在電激發(fā)條件下，鈣鈦礦激光器的激光閾值為92安培/平方厘米，比最好的電驅動有機激光器還要低一個數(shù)量級。而且，電驅動鈣鈦礦激光器表現(xiàn)出比有機激光器更優(yōu)異的可重復性和穩(wěn)定性，能在36.2兆赫茲的帶寬下實現(xiàn)快速調制。這種調制速率是通過減小器件有效面積以實現(xiàn)最小電阻電容常數(shù)，并使用硅襯底改善散熱實現(xiàn)的。
電驅動鈣鈦礦激光器可用于光學數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N應用場景，還可用作集成光子芯片和可穿戴設備中的相干光源。研究人員表示，未來還需要克服微腔鈣鈦礦LED子單元納秒級的自發(fā)輻射壽命限制，以實現(xiàn)器件的吉赫茲級高速運行。
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