Наскоро екип, ръководен от професор Ди Дейвид, изследователя Зоу Чен и професор Джао Баодан от Колежа по оптични науки и инженерство/Международен съвместен колеж на университета Zhejiang, разработи първия в света електрически задвижван перовскитен лазер. Този лазер с „двойна-кухина“ интегрира две оптични микрокухини, комбинирайки перовскитна единична-кристална микрокухина с нисък-праг с перовскитна LED субединица с висока-мощност в едно устройство, образувайки вертикално подредена многослойна структура.
Този нов тип полупроводников лазер изисква минимална плътност на тока (прагов ток) от 92 A/cm2 да излъчва лазерна светлина, която е с порядък по-ниска от най-добрите органични полупроводникови лазери. Той също така демонстрира добра стабилност и може да постигне бърза модулация при честотна лента от 36,2 MHz, което го прави обещаващ за приложения като предаване на данни на-чип, изчисления и биомедицина. Свързаната изследователска статия беше публикувана в Nature на 27 август.
Има различни видове лазери и в момента новите лазерни материали като перовскитни полупроводници, органични полупроводници и квантови точки показват значителни предимства. Сред тези материали перовскитните полупроводници се открояват благодарение на техните регулируеми емисионни спектри (способни да произвеждат различни цветове) и изключително ниски прагове на лазерно излъчване при оптично изпомпване (т.е. светлинни -условия), което ги прави много обещаващи за технологични приложения.
Въпреки това, разработването на електрически задвижван перовскитен лазер е най-голямото предизвикателство в областта на перовскитната оптоелектроника и цел, преследвана от множество изследователски екипи по целия свят.
„За да постигнем електрически управлявано лазерно излъчване, ние изобретихме интегрирана структура с двойна -кухина. Нашият подход включва компактно интегриране на високо-мощна перовскитна LED субединица с микрокухина с високо-качествена единична{4}}кристална перовскитна микрокухина субединица в рамките на едно и също устройство“, обясни Ди Дейвид, съответният автор на статията. Това устройство ефективно свързва голям брой фотони, генерирани от перовскитния LED с електрически възбудена микрокухина, във втората микрокухина, възбуждайки усилващата среда за един-кристален перовскит за производство на лазерна светлина. Този интегриран лазер се състои от две оптични микрокухини с висока ефективност на свързване (82,7%). Под електрически импулси перовскитната LED субединица с микрокухина произвежда пикова плътност на излъчване от приблизително 2,5 × 104mW/cm2, еквивалентно на ултра-високо излъчване от около 2,0×105W/sr/m2. Тази оптична мощност се прехвърля ефективно към един-кристалната перовскитна микрокухина, поддържайки лазерното излъчване.
„Този нов полупроводников лазер вече демонстрира значителен технологичен потенциал“, отбеляза Ди Дейвид. При електрическо възбуждане перовскитният лазер има прагов ток от 92 A/cm2, което е с порядък по-ниско от най-добрите електрически задвижвани органични лазери. Освен това електрически задвижваният перовскитен лазер проявява по-добра възпроизводимост и стабилност от органичните лазери и може да постигне бърза модулация при честотна лента от 36,2 MHz.
Електрически задвижваните перовскитни лазери могат да се използват в различни приложения, като оптично предаване на данни, и могат да служат като кохерентни източници на светлина в интегрирани фотонни чипове и носими устройства. Екипът установи, че устройството може бързо да се модулира чрез електрически импулси при честотна лента от 36,2 MHz. Тази скорост на модулация се постига чрез намаляване на ефективната площ на устройството, за да се сведе до минимум съпротивителният-капацитет (RC) константа и чрез използване на силиконов субстрат за подобряване на разсейването на топлината.
Zhao Baodan каза: „В бъдеще ще трябва да преодолеем ограничението на живота на спонтанното лъчение от наносекундния-мащаб на перовскитната светодиодна подединица с микрокухина, за да постигнем GHz-високо{2}}скоростна работа на устройството.“
„Преминаването от настоящата архитектура на „интегрирано изпомпване“ към по-опростена лазерна диодна структура ще бъде ключово за бъдещи изследвания, тъй като ще даде възможност за по-компактни и мащабируеми оптоелектронни приложения“, добави Ди Дейвид.