近日,中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所與南京航空航天大學(xué)、中科院半導(dǎo)體研究所開展合作,成功制備出高品質(zhì)、低閾值的單晶全無機(jī)鈣鈦礦CsPbBr3微腔,并獲得高溫穩(wěn)定的上轉(zhuǎn)換單模激射。該研究為微腔在光學(xué)片上集成提供了新思路,相關(guān)研究成果已發(fā)表在ACS Photonics 期刊上。

　　窄線寬、超高品質(zhì)的單模納米激光器在物理和工程方面有著諸多應(yīng)用潛能,如片上光學(xué)集成、相干探測(cè)以及量子信息處理等。而全無機(jī)鈣鈦礦CsPbBr3半導(dǎo)體材料作為一種高增益材料受到了廣泛的關(guān)注與研究。但是,熱穩(wěn)定性差一直是限制該材料的最大問題。目前,絕大多數(shù)鈣鈦礦微腔只能在室溫甚至是低溫下才能獲得激射,這極大限制了高功率集成光電子設(shè)備以及鈣鈦礦電泵浦激光器的應(yīng)用。因此,提升鈣鈦礦微腔的熱穩(wěn)定性,從而獲得穩(wěn)定的高品質(zhì)因子的單模激光輸出是一個(gè)亟待解決的問題。

　　研究團(tuán)隊(duì)制備的單晶全無機(jī)鈣鈦礦CsPbBr3微腔,首次將鈣鈦礦微腔的工作溫度提升到440K,且在440K溫度下,仍可以獲得540nm上轉(zhuǎn)換單模激射。該激射能在1.4倍閾值功率泵浦下以相對(duì)強(qiáng)度1維持60鐘(7.2×104 泵浦激勵(lì)循環(huán))。此外,在室溫下,通過800 nm的雙光子泵浦還可以獲得品質(zhì)因子高達(dá)1.01×104的單模激射輸出。研究團(tuán)隊(duì)還利用3D立體仿真,解析了立方體微腔中的復(fù)雜模式,計(jì)算得出在立方微腔中存在多套模式。結(jié)果顯示,隨著微腔體積的減小,不僅模式的套數(shù)減少,模式數(shù)也減少。最終當(dāng)立方體微腔的尺寸在1.7mm時(shí),可獲得單模激光輸出。相關(guān)成果得到同行評(píng)審的一致認(rèn)可。

　　該研究由國家自然科學(xué)基金委員會(huì)(61675219, 61875256, 61475173, 11474297, 11674343)、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)以及上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)資助完成(No. 17ZR1444000)。

　　圖:鈣鈦礦CsPbBr3立方體微腔中的高溫特性。