Mali laseri sad su moćniji nego ikad: Jednostavan trik kineskih naučnika doneo ogromnu korist
Inženjeri su godinama tražili bolje načine za izradu malih, efikasnih lasera koji se mogu direktno integrisati na silicijumske čipove, što je ključan korak ka bržim i boljim optičkim komunikacijama i računarstvu.
Današnji komercijalni laseri se uglavnom prave od III-V poluprovodnika uzgajanih na specijalizovanim supstratima - proces koji ih čini teškim i skupim za kombinovanje sa standardnom silicijumskom tehnologijom. Potpuno neorganski perovskitni filmovi pojavili su se kao obećavajuća alternativa jer se mogu proizvoditi jeftino, kompatibilni su sa mnogim tipovima supstrata i nude snažna optička svojstva. Međutim, jedna velika prepreka je stajala na putu: na sobnoj temperaturi, bilo je teško naterati perovskitne lasere da rade u konstantnom ili skoro konstantnom režimu, a da ne izgube brzo svoje nosioce naelektrisanja zbog efekta poznatog kao Ožeova rekombinacija, saopštila je organizacija SPIE—International Society for Optics and Photonics.
Istraživački tim sa Univerziteta u Džeđangu sada je demonstrirao jednostavnu metodu za prevazilaženje ovog problema, što je dovelo do rekordnih performansi za perovskitne lasere u skoro konstantnom radu.
Kako je objavljeno u Advanced Photonics, pristup kineskih naučnika koristi isparljivi amonijumski aditiv tokom procesa žarenja polikristalnih perovskitnih filmova. Ovaj aditiv pokreće „faznu rekonstrukciju“ koja uklanja neželjene niskodimenzionalne faze, smanjujući kanale koji ubrzavaju Ožeovu rekombinaciju. Rezultat je čista 3D struktura koja bolje čuva nosioce naelektrisanja potrebne za lasersko zračenje, bez dodavanja značajnih optičkih gubitaka.
Da bi razumeli poboljšanje, tim je analizirao kako se elektroni i šupljine rekombinuju pod različitim uslovima pumpanja. Ožeova rekombinacija, kada se energija iz rekombinovanog para elektron-šupljina predaje drugom nosiocu umesto da se emituje kao svetlost, postaje posebno problematična kada se ulazna svetlost isporučuje u dužim pulsevima ili konstantnim snopovima. U tim situacijama, injektiranje nosilaca se dešava na vremenskoj skali sličnoj ili dužoj od Ožeovog vremena života, što dovodi do brzog gubitka nosilaca i sprečava stvaranje inverzije naseljenosti potrebne za lasersko zračenje. Potiskivanjem ovog procesa, istraživači su uspeli da održe gustine nosilaca potrebne za efikasnu stimulisanu emisiju.
Sa svojim optimizovanim filmovima, tim je napravio jednomodni laser sa vertikalnom rezonantnom šupljinom i površinskom emisijom (VCSEL) koji je postigao nizak prag laserskog zračenja od 17,3 μJ/cm² i impresivan faktor kvaliteta od 3850 pri kvazi-kontinualnom nanosekundnom pumpanju. Ove performanse predstavljaju najbolje do sada zabeležene za perovskitni laser u ovom režimu rada.
Rezultati ukazuju na praktičan put za izradu perovskitnih lasera visokih performansi koji bi mogli da rade u uslovima pravog kontinualnog talasa ili sa električnim pobuđivanjem — što su ključne prekretnice za njihovu integraciju u buduće fotonske čipove i potencijalno u fleksibilne ili nosive optoelektronske uređaje.
(Telegraf Nauka/SPIE--International Society for Optics and Photonics)