鈣鈦礦微腔光子-激子強(qiáng)耦合及激光器件研究取得進(jìn)展
微腔激光器是光子芯片的核心器件之一。設(shè)計(jì)連續(xù)光乃至電驅(qū)動(dòng)微腔激光器是光電信息領(lǐng)域的挑戰(zhàn)�；诠庾�-激子強(qiáng)耦合效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)激子-極化激元的波色愛因斯坦凝聚，為發(fā)展低閾值微腔激光器提供了一條解決方案。當(dāng)前，由于無機(jī)半導(dǎo)體材料的激子結(jié)合能較低，其激子極化激元僅在寬禁帶半導(dǎo)體或者造價(jià)昂貴的量子阱結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。盡管有機(jī)半導(dǎo)體材料具有較大的激子結(jié)合能，其弱非線性系數(shù)及較差的晶格質(zhì)量極大地阻礙了極化激元的凝聚。 EZ"n3#/
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金屬鹵化物鈣鈦礦材料兼具無機(jī)及有機(jī)半導(dǎo)體的優(yōu)點(diǎn)，如低廉的制備成本、高的光吸收效率、低缺陷濃度、長(zhǎng)的載流子傳輸距離、簡(jiǎn)易調(diào)諧的禁帶寬度及優(yōu)異的增益特性，在低閾值固態(tài)微腔激光器領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。近期，北京大學(xué)工學(xué)院張青研究員課題組在可見發(fā)光的鈣鈦礦納米線微腔的光-物質(zhì)強(qiáng)相互作用領(lǐng)域取得新進(jìn)展，為基于激子極化激元的玻色-愛因斯坦凝聚效應(yīng)實(shí)現(xiàn)低閾值微腔激光器提供了思路。相關(guān)工作在線發(fā)表在Nano Letters (DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b04847)、ACS Photonics (DOI: 10.1021/acsphotonics.7b01593)、Adv. Opt. Mater. 2018, 6, 1701032。 Q[vQT?J7
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圖a. 角分辨熒光光譜系統(tǒng)。b. CsPbBr3納米線的熒光色散曲線（插圖），以及激光閾值-拉比劈裂曲線。c. MAPbBr3納米線在glass和SiO2/Ag襯底上拉比劈裂能隨著有效模式體積的變化關(guān)系。 2l4*6 rYa(
通過空間角分辨熒光光譜，課題組在有機(jī)-無機(jī)混合鈣鈦礦MAPbBr3納米線微腔中首次觀測(cè)到該材料體系的激子-極化子激元效應(yīng)，光子-激子耦合強(qiáng)度隨著納米線的尺寸減小而增加，室溫的拉比劈裂能高達(dá)390 meV，工作發(fā)表在Adv. Opt. Mater.雜志，并被Wiley Materials & Views以亮點(diǎn)工作報(bào)道，入選該期刊2018年2月及3月高下載論文。振子濃度和模式體積是影響微腔光子-激子強(qiáng)耦合作用的關(guān)鍵因素。他們通過引入表面等離激元納腔，設(shè)計(jì)MAPbBr3納米線-SiO2-Ag混合微腔結(jié)構(gòu)，有效提高了局域振子數(shù)目，使拉比劈裂能增強(qiáng)至564 meV，群折射率提高至17。工作發(fā)表在Nano Letters，第一作者為北大2017級(jí)直博生尚秋宇。 進(jìn)一步，在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、高質(zhì)量純無機(jī)CsPbBr3納米線中，通過提高光子-激子耦合強(qiáng)度降低激光閾值，在耦合強(qiáng)度高于450 meV時(shí)，觀測(cè)到室溫激子-極化子激光,激光器的閾值降低約7倍，工作發(fā)表在ACS Photonics。以上研究結(jié)果對(duì)于低閾值微型激光器、量子通信、非線性光學(xué)等領(lǐng)域有重要意義。 bwC~
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該系列工作與國(guó)家納米科學(xué)中心劉新風(fēng)教授、北京大學(xué)物理學(xué)院肖云峰教授、工學(xué)院張艷鋒教授以及南洋理工大學(xué)熊啟華教授、阿卜杜拉國(guó)王大學(xué)吳韜教授的課題組合作完成。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、青年千人計(jì)劃、北京大學(xué)“雙一流”計(jì)劃及清華大學(xué)低維與量子物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)費(fèi)支持。 #J Ay
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論文鏈接： j`D%Wx_
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201701032/abstract K9HXy*y49
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.7b01593 n@JZ
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