科技日报记者 江耘 通讯员 查蒙
9月1日，记者从浙江大学获悉，该校光电科学与工程学院/海宁国际联合学院狄大卫教授、邹晨研究员和赵保丹教授团队研制出全球首个电驱动钙钛矿激光器。该器件采用双光学微腔设计，兼具低能耗、易调制优势，可用于光学数据传输等应用场景，以及用作集成光子芯片和可穿戴设备中的相干光源。相关研究成果近日发表于国际学术期刊《自然》。
半导体激光器是信息技术领域的重要光源。作为新型激光材料的钙钛矿半导体，加工成本相对较低，更容易集成到可大规模量产的硅基光电子平台，并且发射光谱可调，在光驱动条件下能实现极低的激光发射阈值，技术前景优异。驱动激光器工作所需的外部能量源主要包括电和光两种形式，但光驱动通常需要借助体积庞大的外部光源，这导致器件的适用范围有限。研发电驱动钙钛矿激光器，是钙钛矿光电子学领域的一项巨大挑战。
“我们的方案是，将高功率微腔钙钛矿LED子单元与高质量单晶钙钛矿微腔子单元紧凑地集成在同一器件中。”狄大卫介绍。该器件将微腔钙钛矿LED在电激励下产生的大量光子高效地耦合到第二个微腔中，并激发单晶钙钛矿增益介质，产生激光，耦合效率达82.7%。这种新型半导体激光器发射激光所需的阈值电流是每平方厘米92安培，相比性能最佳的电驱动有机激光器还低一个数量级，且表现出较好的稳定性。
研究团队发现，该器件能在36.2兆赫兹带宽下通过电脉冲进行快速调制。这种调制速率是通过减小器件有效面积以实现最小电阻电容常数，并使用硅衬底改善散热实现的。从当前的集成式泵浦架构过渡到更为简洁的激光二极管结构，是团队下一步研究工作的关键。团队还将尝试克服微腔钙钛矿LED子单元纳秒级的自发辐射寿命限制，以实现器件的千兆赫兹级高速运行。
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