Нещодавно Державна ключова лабораторія лазерної фізики сильного поля Шанхайського інституту оптики та точного машинобудування (SIPM) Китайської академії наук (CAS) у співпраці з Ханчжоуським інститутом передових досліджень Китайської академії наук (HIAS) і Huazhong Університет науки і технологій (HUST) реалізував високоефективні халькогенідні одномодові лазери на субхвильових масштабах на основі дослідження механізму підсилення халькогенідів із мініатюризацією лазерів як тяги. Відповідні результати дослідження під назвою «Водостійка субхвильова перовскітова генерація з прозорого нанопорожнини на основі кремнезему» були опубліковані в Advanced Materials (Advanced Materials).
Халькогеніди галогенідів металів вважаються одними з ідеальних середовищ підсилення для високопродуктивних мікро- та нанолазерних пристроїв із потенційним застосуванням у вбудованих на кристалах фотонних системах обробки інформації та майбутній інтегрованій оптоелектроніці. В даний час основна технологія отримання халькогенідних лазерів в основному використовує метод розчину. Порівняно з нею технологія термічного випаровування легша для досягнення виробництва на великій площі з контрольованою точністю, і вона вже застосована в комерційних світлодіодах. Однак термічно випарені халькогенідні плівки були менш вивчені для лазерів через їх високу дефектність, і тому продуктивність відстає від їхніх аналогів, оброблених розчином. Крім того, ще одна проблема, з якою стикаються халькогенідні лазери, полягає в тому, що вони більш чутливі до вологості, що обмежує комерційне застосування пристроїв на основі халькогенідів, особливо тому, що мало експериментальних робіт щодо халькогенідних лазерів у воді.
a, схема спільного випаровування з трьох джерел; б – спектри флуоресценції халькогенідів; в — час життя флуоресценції; df, залежні від температури спектри флуоресценції інтенсивності люмінесценції, ширини напіввисоти та графіки положення піку
Прогрес Шанхайського інституту оптичних машин у дослідженні високочастотних і потужних надшвидких лазерів на високій гравіметричній частоті
af – механізм динаміки підсилення; gi, механізм складної динаміки
a, субхвильовий вихідний спектр лазера з вертикальним резонатором; б — діаграма введення-виведення лазера; в — лазерна інтерферограма; d — плямова діаграма виходу лазера; e — схема підводного лазера; f — спектри виходу підводного лазера; g, 20 днів підводного лазерного стабільного виходу
У дослідженні використовувалася стратегія спільного випаровування з трьох джерел із підтримкою ліганду для розробки високоякісних халькогенідних тонкоплівкових середовищ шляхом введення добавок для уповільнення кристалізації, досягнення пасивації дефектів і модуляції, обмеженої доменом. Дослідження підтверджує, що оптимізовані халькогенідні тонкі плівки мають чудові композитні властивості носія та покращені характеристики оптичного підсилення за результатами експериментів надшвидкої перехідної спектроскопії поглинання. Натхненний вищезгаданим високим підсиленням, проста симетрична структура на основі прозорого симетричного SiO2 листа була створена для реалізації низькопорогового (13 мкДж/см2) одномодового субхвильового масштабу (120 нм) термічно випареного халькогенідного лазера, який може працювати стабільно в одномодовому режимі під водою більше 20 днів, а його когерентна довжина великої дії (115,6 мкм) і висока лінійна поляризація (82%) ще більше підтверджують чудові характеристики цього мініатюрного лазера. Велика довжина когерентності (115,6 мкм) і висока лінійна поляризація (82%) додатково підтверджують перевагу цього мініатюрного лазера. Очікується, що поєднання цієї компактної та простої прозорої структури з вертикальною порожниною та процесу термічного випаровування забезпечить просту, міцну та надійну стратегію масового виробництва майбутніх кремнієвих фотоніко-сумісних халькогенідних лазерів, а також підтримає розробку нових типів халькогенідних оптоелектронних пристроїв з покращена продуктивність.
Дослідження підтримується Національною ключовою програмою досліджень і розвитку Китаю, Національним фондом природничих наук Китаю та Пілотною програмою фундаментальних досліджень Шанхая.
