Onlangs heeft het State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics van het Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM), de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS), in samenwerking met het Hangzhou Institute of Advanced Studies van de Chinese Academie van Wetenschappen (HIAS) en Huazhong De Universiteit voor Wetenschap en Technologie (HUST) heeft hoogwaardige chalcogenide single-mode lasers gerealiseerd op subgolflengteschalen, gebaseerd op de studie van het chalcogenideversterkingsmechanisme met de miniaturisatie van lasers als tractie. De gerelateerde onderzoeksresultaten, getiteld Water-resistente subwavelength perovskite lasing from transparante silica-gebaseerde nanocavity, werden gepubliceerd in Advanced Materials (Advanced Materials).
Metaalhalide-chalcogeniden worden beschouwd als een van de ideale versterkingsmedia voor hoogwaardige micro- en nanolaserapparaten, met potentiële toepassingen in on-chip fotonische informatieverwerkingssystemen en toekomstige geïntegreerde opto-elektronica. Momenteel maakt de reguliere technologie voor de bereiding van chalcogenidelasers voornamelijk gebruik van de oplossingsmethode. Vergeleken daarmee is thermische verdampingstechnologie gemakkelijker te realiseren met gecontroleerde precisie op grote oppervlakken en is deze al toegepast in commerciële lichtgevende diodes. Thermisch verdampte chalcogenidefilms zijn echter minder onderzocht voor lasers vanwege hun hoge defectiviteit, en daarom blijven de prestaties achter bij die van hun in oplossing behandelde tegenhangers. Bovendien is een andere uitdaging waarmee chalcogenidelasers worden geconfronteerd, dat ze gevoeliger zijn voor vocht, waardoor de commerciële toepassing van op chalcogenide gebaseerde apparaten wordt beperkt, vooral omdat er weinig experimenteel werk is gerapporteerd over chalcogenidelasers in water.
a, co-verdampingsschema met drie bronnen; b, chalcogenide fluorescentiespectra; c, fluorescentielevensduur; df, temperatuurafhankelijke fluorescentiespectra van luminescentie-intensiteit, halve hoogtebreedte en piekpositiegrafieken
Vooruitgang van het Shanghai Institute of Optical Machinery in het onderzoek naar hoogfrequente en krachtige ultrasnelle lasers met hoge gravimetrische frequentie
af, versterkingsdynamiekmechanisme; gi, samengesteld dynamisch mechanisme
a, laseruitvoerspectra met verticale holte onder de golflengte; b, laserinvoer-uitvoerdiagram; c, laserinterferogram; d, laseruitvoervlekdiagram; e, onderwaterlaserschema; f, onderwaterlaseruitvoerspectra; g, 20 dagen stabiele laseruitvoer onder water
De studie maakte gebruik van een door liganden ondersteunde co-verdampingsstrategie met drie bronnen om hoogwaardige chalcogenide dunnefilmversterkingsmedia te ontwikkelen door additieven te introduceren om de kristallisatie te vertragen, defectpassivering en domeingelimiteerde modulatie te bereiken. De studie bevestigt dat de geoptimaliseerde dunne films van chalcogenide uitstekende dragercomposieteigenschappen hebben en verbeterde optische versterkingsprestaties door ultrasnelle transiënte absorptiespectroscopie-experimenten. Geïnspireerd door de bovengenoemde hoge versterking werd een eenvoudige symmetrische structuur, gebaseerd op een transparant symmetrisch SiO2-vel, geconstrueerd om een laagdrempelige (13 μJ/cm2) single-mode thermisch verdampte chalcogenide-laser op subgolflengteschaal (120 nm) te realiseren, die kan stabiel en single-mode onder water worden gebruikt gedurende meer dan 20 dagen, en de coherentielengte over lange afstand (115,6 μm) en hoge lineaire polarisatie (82%) bevestigen verder de uitstekende prestaties van deze geminiaturiseerde laser. De coherentielengte met groot bereik (115,6 μm) en de hoge lineaire polarisatie (82%) bevestigen verder de uitmuntendheid van deze geminiaturiseerde laser. De combinatie van deze compacte en eenvoudige transparante verticale holtestructuur en het thermische verdampingsproces zal naar verwachting een eenvoudige, robuuste en betrouwbare massaproductiestrategie opleveren voor toekomstige siliciumfotonica-compatibele chalcogenidelasers, en de ontwikkeling ondersteunen van nieuwe typen chalcogenide opto-elektronische apparaten met verbeterde prestatie.
Het onderzoek wordt ondersteund door het National Key Research and Development Program van China, de National Natural Science Foundation of China en het Shanghai Basic Research Pilot Program.
