Nesen komanda, kuru vadīja profesors Di David, pētnieks Zou Chen un profesors Zhao Baodan no Optikas zinātnes un inženierzinātņu koledžas / Džedzjanas universitātes Starptautiskās apvienotās koledžas, izstrādāja pasaulē pirmo elektriski darbināmu perovskīta lāzeru. Šis "dubulto-dobumu" lāzers integrē divus optiskos mikrodobumus, apvienojot zema-perovskīta viena-kristāla mikrodobuma apakšvienību ar lielas-jaudas mikrodobuma perovskīta LED apakšvienību vienā ierīcē, veidojot vertikāli sakrautu daudzslāņu struktūru.
Šim jaunajam pusvadītāju lāzera tipam ir nepieciešams minimālais strāvas blīvums (sliekšņa strāva) 92 A/cm2 izstarot lāzera gaismu, kas ir par kārtu mazāka nekā labākajiem organisko pusvadītāju lāzeriem. Tas arī demonstrē labu stabilitāti un var sasniegt ātru modulāciju ar joslas platumu 36,2 MHz, padarot to daudzsološu tādām lietojumprogrammām kā datu pārraide mikroshēmā, skaitļošana un biomedicīna. Saistītais pētniecības darbs tika publicēts Nature 27. augustā.
Ir dažādi lāzeru veidi, un pašlaik jauniem lāzera materiāliem, piemēram, perovskīta pusvadītājiem, organiskajiem pusvadītājiem un kvantu punktiem, ir ievērojamas priekšrocības. Šo materiālu vidū perovskīta pusvadītāji izceļas ar regulējamiem emisijas spektriem (var radīt dažādas krāsas) un ārkārtīgi zemiem lāzera emisijas sliekšņiem optiskās sūknēšanas apstākļos (ti, gaismas{3}}darba apstākļos), padarot tos ļoti perspektīvus tehnoloģiskiem lietojumiem.
Tomēr elektriski darbināma perovskīta lāzera izstrāde ir bijis lielākais izaicinājums perovskīta optoelektronikas jomā un daudzu pētnieku grupu mērķis visā pasaulē.
"Lai panāktu elektriski darbināmu lāzera emisiju, mēs izgudrojām integrētu divu{0} dobumu struktūru. Mūsu pieeja paredz kompakti integrēt augstas -jaudas mikrodobuma perovskīta LED apakšvienību ar augstas-kvalitatīvas-kristāla perovskīta mikrodobuma apakšvienību tajā pašā ierīcē," skaidroja raksta autors Di David. Šī ierīce otrajā mikrodobumā efektīvi savieno lielu skaitu fotonu, ko rada elektriski ierosināts mikrodobuma perovskīta gaismas diode, pamudinot vienu -kristāla perovskīta pastiprināšanas vidi, lai radītu lāzera gaismu. Šis integrētais lāzers sastāv no diviem optiskiem mikrodobumiem ar augstu savienojuma efektivitāti (82,7%). Elektrisko impulsu ietekmē mikrodobuma perovskīta LED apakšvienība rada maksimālo starojuma jaudas blīvumu aptuveni 2,5 × 104mW/cm2, kas atbilst īpaši lielam -spodrumam aptuveni 2,0 × 105W/sr/m2. Šī optiskā jauda tiek efektīvi pārnesta uz viena-kristāla perovskīta mikrodobumu, atbalstot lāzera emisiju.
"Šis jaunais pusvadītāju lāzers jau ir parādījis ievērojamu tehnoloģisko potenciālu," atzīmēja Di David. Elektriskā ierosmē perovskīta lāzera sliekšņa strāva ir 92 A/cm2, kas ir par lielumu mazāks nekā labākajiem elektriskajiem organiskajiem lāzeriem. Turklāt elektriski darbināmam perovskīta lāzeram ir labāka reproducējamība un stabilitāte nekā organiskajiem lāzeriem, un tas var sasniegt ātru modulāciju ar joslas platumu 36, 2 MHz.
Elektriski darbināmus perovskīta lāzerus var izmantot dažādās lietojumprogrammās, piemēram, optiskā datu pārraidē, un tie var kalpot kā koherenti gaismas avoti integrētās fotoniskās mikroshēmās un valkājamās ierīcēs. Komanda atklāja, ka ierīci var ātri modulēt, izmantojot elektriskos impulsus ar joslas platumu 36,2 MHz. Šis modulācijas ātrums tiek panākts, samazinot ierīces efektīvo laukumu, lai samazinātu pretestības-kapacitātes (RC) konstanti, un izmantojot silīcija substrātu, lai uzlabotu siltuma izkliedi.
Džao Baodans sacīja: "Nākotnē mums būs jāpārvar mikrodobuma perovskīta LED apakšvienības nanosekundes- mēroga spontānā starojuma mūža ierobežojums, lai sasniegtu ierīces GHz-līmeni liela{2} ātruma darbību."
"Pāreja no pašreizējās" integrētās sūknēšanas "arhitektūras uz vienkāršāku lāzera diožu struktūru būs svarīga turpmākajos pētījumos, jo tā ļaus izmantot kompaktākus un mērogojamākus optoelektronikas lietojumus," piebilda Di David.