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浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院教授狄大衛(wèi)、鄒晨和趙保丹團(tuán)隊研制了世界上第一個電驅(qū)動鈣鈦礦激光器。近日，相關(guān)研究論文發(fā)表于《自然》。
激光器種類繁多，當(dāng)前鈣鈦礦半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體和量子點等新型激光材料展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。在這些材料中，鈣鈦礦半導(dǎo)體因其發(fā)射光譜可調(diào)（可實現(xiàn)各種色彩），且在光驅(qū)動條件下能實現(xiàn)極低的激光發(fā)射閾值，具有十分廣闊的技術(shù)前景。然而，一直以來，研發(fā)電驅(qū)動鈣鈦礦激光器是鈣鈦礦光電子學(xué)領(lǐng)域的最大挑戰(zhàn)，也是全球眾多科研團(tuán)隊共同追尋的目標(biāo)。
為實現(xiàn)電驅(qū)動激光發(fā)射，研究人員發(fā)明了一種集成式的雙腔結(jié)構(gòu)，將高功率微腔鈣鈦礦LED子單元與低閾值鈣鈦礦單晶微腔子單元集成于同一個器件，形成了一個垂直堆疊的多層結(jié)構(gòu)。該器件將微腔鈣鈦礦LED在電激勵下產(chǎn)生的大量光子高效耦合（耦合效率達(dá)82.7%）到第二個微腔中，并激發(fā)單晶鈣鈦礦增益介質(zhì)，產(chǎn)生激光。
在電激發(fā)條件下，鈣鈦礦激光器的激光閾值為92安培/平方厘米，比最好的電驅(qū)動有機(jī)激光器還要低一個數(shù)量級。而且，電驅(qū)動鈣鈦礦激光器表現(xiàn)出比有機(jī)激光器更優(yōu)異的可重復(fù)性和穩(wěn)定性，能在36.2兆赫茲的帶寬下實現(xiàn)快速調(diào)制。這種調(diào)制速率是通過減小器件有效面積以實現(xiàn)最小電阻電容常數(shù)，并使用硅襯底改善散熱實現(xiàn)的。
電驅(qū)動鈣鈦礦激光器可用于光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N應(yīng)用場景，還可用作集成光子芯片和可穿戴設(shè)備中的相干光源。研究人員表示，未來還需要克服微腔鈣鈦礦LED子單元納秒級的自發(fā)輻射壽命限制，以實現(xiàn)器件的吉赫茲級高速運行。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09457-2
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