微型光源：研究人员首次构建了一种尺寸只有300纳米的激光器，可以在室温下产生绿光。纳米激光器由半导体材料钙钛矿组成，钙钛矿作为有源激光介质产生光子，同时将它们作为谐振器放大。新型纳米激光器可用于光子芯片、传感器或其他光电器件。
长期以来，激光一直是日常生活、技术和研究不可或缺的一部分。它们的相干光可作为测量辅助工具、通用工具、通信手段或传感器，用于从超短脉冲到载波数据的无数变体。然而，特别是在计算机技术领域，研究人员仍在寻找可以直接集成到光子芯片中的最佳纳米激光器。由砷化铟晶格和硅纳米结构制成的第一批原型已经存在。
纳米粒子作为激光器
由圣彼得堡国立信息技术大学的叶卡捷琳娜·蒂贡采娃领导的研究人员现在已经开发出这种纳米激光器。他们报告说，他们的微型光源是最紧凑的半导体激光器，在室温下产生可见光。激光器由尺寸仅为310纳米的纳米颗粒组成，由具有钙钛矿结构的半导体材料组成。
为了成为激光器，这些纳米粒子必须被飞秒激光脉冲激发——“泵浦”。然后，其内部的激发材料产生级联光子。“激光的产生是一个门槛过程，”Tiguntseva的同事Kirill Koshelev解释说。“你用激光脉冲激发纳米粒子，在外部脉冲的一定阈值强度下，粒子开始发射激光本身。
光子源和谐振器同时存在
纳米激光器的钙钛矿材料同时充当光子供应激光介质和谐振器，在光子释放到外部之前首先富集光子。这是通过半导体晶体内部的特殊共振效应实现的：“我们的纳米粒子支持三阶米氏共振，这是以前从未做过的，”Tiguntseva解释说。
这意味着晶体中的光在空间中被反射，该空间恰好对应于产生的光的三个波长。研究人员通过使用特殊的合成工艺将钙钛矿材料形成适当大小的小立方体来实现这种结构。在测试中，这种设计被证明是一种高效的激光发生器：“我们已经证明，这种纳米激光器可以在至少一百万个激发周期内运行，”Tiguntseva说。
绿灯的挑战
这种纳米激光器的一个特点是它产生绿光。“在发光半导体领域，存在所谓的绿色差距问题，”ITMO的资深作者Sergey Makarov解释说。“这意味着通常用于发光二极管的半导体的量子效率在光谱的绿色区域急剧下降。
因此，与波长较长的红外光和红光相比，带有绿光的激光器更难构建。正如研究人员所解释的那样，微型激光器的体积与光的波长密切相关。由于绿光的波长大约是红外光的三倍，因此这也需要相应地更大的小型化。然而，优点是人眼对绿光比其他波长更敏感，这就是为什么，例如，即使在相同的光强度下，绿色激光笔看起来也比红色激光笔更亮。
在室温下工作
然而，对于新型半导体纳米激光器的应用来说，它在室温下的正常条件下运行也至关重要——它不需要冷却、加压或以任何特殊方式进行其他处理。据研究人员称，他们的技术因此可能特别适用于光学计算机芯片、传感器和其他光子应用。
