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▌PG2000-Pro在鈣鈦礦納米激光器表征中的應用
利用光譜儀檢測亞皮秒脈沖激光波長
鈣鈦礦納米片
等離子體激光器
Purcell效應
直接調制激光器
【概述】直接調制激光器（DMLs）是一類廣泛應用于光通訊領域的激光器，因其成本低、尺寸小、單模性好等優點，在中短距離的數據通信系統中占據著主導地位。然而，由于載流子光子動力學數百GHz 的限制帶寬，當前最先進的 DMLs 調制帶寬最高僅 108GHz，因此，突破載流子光子動力學限制才可進一步增加 DMLs 的調制帶寬。
2024年，太原理工大學崔艷霞教授、李國輝副教授團隊和隆德大學合作在二維鈣鈦礦激光領域取得重要研究進展，在國際期刊《Advanced Function Materials》發表了題為“Room-Temperature Single-Mode Plasmonic Perovskite Nanolasers with Sub-Picosecond Pulses”的研究論文。作者采用鈣鈦礦材料制備的單模等離子體鈣鈦礦納米激光，通過等離子體效應縮小納米激光器的尺寸，增強 Purcell效應，使得其調制帶寬比已有研究的 DMLs 高出一個數量級。
【樣品 & 測試】作者采用兩步化學氣相沉積法制備了模態體積低至 0.137μm3 的納米激光器件 MAPbI3。激光被集中在 7nm 厚的 SiO2膜中，有效模態體積小至 0.137μm3，有利于增強 Purcell效應，同時，表面等離子體衰變的脈沖可以短至 0.6±0.4ps。隨后，作者使用分辨率為 0.25nm 的高靈敏光譜儀PG2000-Pro 記錄了由 343nm 飛秒激光器泵浦的等離子體激光器在室溫下的發射光譜。
通過復享光譜儀PG2000-Pro 測定不同泵浦密度下的發射光譜（圖3），可以看出隨著泵浦密度的增加（P>36.65μJ cm-2），發射光譜曲線上出現了一個中心在 785.3nm 處的尖峰。尖峰表明激光的出現，且激光閾值為 36.65μJ cm-2。為了比較不同的激光器，激光的閾值通常用泵浦密度來量化，在這里，對于單個納米片，泵浦密度對應的閾值能量為 19.20pJ，與之前報道的鈣鈦礦激光器脈沖模式下的激光閾值能量相比，該研究中的等離子體納米激光器的閾值能量要低一個數量級。
圖4，P=37.12 μJ cm-2（高于閾值）時的激光光譜
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當P=37.12μJ cm-2 時，從激光波長光譜（圖4）中可以看出，此時激光占據主導地位，半高寬低至 0.36nm，對應的質量因子Q（Q=??/Δ ??）高達 2180。該檢測結果比以前報道的等離子體納米激光器高出一個數量級以上。在這里，高質量因子結合小尺寸模態體積，使得納米激光器能夠實現高達太赫茲的最大調制帶寬。
【總結】作者通過 Purcell效應增強，成功地展示了一種具有亞皮秒脈沖的室溫單模等離子體鈣鈦礦納米激光器，其調制帶寬比最先進的 DMLs 高出一個數量級。復享PG2000-Pro光譜儀，成功檢測出激光光譜的變化過程，是表征激光器件性能的有力工具。
【參考文獻】
? G. Li, J. Tao, Z. Hou, K. Zhao, R. Zhao, T. Ji, Q. Zhang, Q. Xiong, K. Zheng, T. Pullerits, Y. Cui. Room-Temperature Single-Mode Plasmonic Perovskite Nanolasers with Sub-Picosecond Pulses.Adv. Funct. Mater. (2024). Link
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