浙江大學光電科學與工程學院教授狄大衛、鄒晨和趙保丹團隊研製了世界上第一個電驅動鈣鈦礦雷射器。近日，相關研究論文發表於《自然》。

雷射器種類繁多，當前鈣鈦礦半導體、有機半導體和量子點等新型鐳射材料展現出顯著優勢。在這些材料中，鈣鈦礦半導體因其發射光譜可調（可實現各種色彩），且在光驅動條件下能實現極低的鐳射發射閾值，具有十分廣闊的技術前景。然而，一直以來，研發電驅動鈣鈦礦雷射器是鈣鈦礦光電子學領域的最大挑戰，也是全球眾多科研團隊共同追尋的目標。

為實現電驅動鐳射發射，研究人員發明了一種集成式的雙腔結構，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於同一個器件，形成了一個垂直堆疊的多層結構。該器件將微腔鈣鈦礦LED在電激勵下產生的大量光子高效耦合（耦合效率達82.7%）到第二個微腔中，並激發單晶鈣鈦礦增益介質，產生鐳射。

在電激發條件下，鈣鈦礦雷射器的鐳射閾值為92安培/平方釐米，比最好的電驅動有機雷射器還要低一個數量級。而且，電驅動鈣鈦礦雷射器表現出比有機雷射器更優異的可重複性和穩定性，能在36.2兆赫茲的帶寬下實現快速調製。這種調製速率是通過減小器件有效面積以實現最小電阻電容常數，並使用矽襯底改善散熱實現的。

電驅動鈣鈦礦雷射器可用於光學數據傳輸等多種應用場景，還可用作集成光子晶片和可穿戴設備中的相干光源。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輻射壽命限制，以實現器件的吉赫茲級高速運行。

來源：中國科學報