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09 March 2021
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低エネルギー消費の超小型、低コストのペロブスカイトレーザーは、モノリシック全光集積の究極の目標です。国立台湾海洋大学物理学部光電子工学科のLaiJianzhi教授が率いるオフロード研究チーム。東華大学物理学部のMaYuanrong教授、光電子工学科のLoa-YaoYao教授および国立台湾海洋大学の材料技術、およびカリフォルニア大学ロサンゼルス校の電気およびコンピューター工学部のJiaming Liu教授は、重要なのは結晶繊維/ナノペロフスカイトハイブリッドアーキテクチャの開発にあることを確認しました。この傑出した業績は、2021年2月にトップジャーナル「AdvancedMaterials」に掲載されました。

最近、グリーンエネルギーとオンチップフォトニクスは、科学技術で最も急速に成長している2つの分野になりました。ハロゲン化ペロブスカイトとファイバーベースのデバイスはどちらも、次世代エネルギー材料と全光子フォトニック回路の開発に不可欠なコンポーネントです。 TSMCは、大量生産を特徴とする主要な5nm相補型金属酸化膜半導体プラットフォームを実証しました。この成功は全ファイバーフォトニック集積にまで及ぶことが期待されているため、連続波ペロブスカイトレーザーをファイバー構成で実装する必要があります。

しかしながら、ペロブスカイトの良好な空気および熱的不安定性のために、ペロブスカイトにおけるレーザー作用は、主にパルスまたは低温操作に限定されている。それらには、高度な複雑さ、高コスト、複雑な設定という欠点があり、グリーンエネルギーの基準を満たしていません。パルスポンピングはまた、システムが既存の光ファイバー機器よりも大きく、より多くの実践的なメンテナンスが必要であり、信頼性が低いことを意味します。したがって、シリコンマイクロエレクトロニクスとの統合の複雑さが増します。

科学技術省(MOST)の強力な支援を受けて、共同研究チームは、ダイオード励起超低しきい値連続波室温ペロブスカイトレーザーの最初の直接実現を成功裏に開発しました。高品質のYAG結晶繊維を形成するためのMAPbI3ナノ結晶。原子的に滑らかな結晶ファイバは、超低損失の光共振のための理想的なマイクロキャビティとして機能するだけでなく、頑丈なレーザーデバイスへの熱放散を促進し、その性能は以前に報告された構造よりも優れています。さらに、結晶ファイバ上でデバイスをデモンストレーションすることにより、提案およびデモンストレーションされた方法は、熱不安定性およびパルスポンピング要件によって引き起こされる制限も軽減します。さらに、このハイブリッドデバイスは、カラーチューナブル結晶ファイバベースのペロブスカイトレーザーに使用されることが期待されています。ペロブスカイトレーザーは、単一チップへのシリコン統合において非常にシンプルでコスト競争力があります。

したがって、これを考慮して、結果は、全光子フォトニック集積のための電気駆動レーザーの見通しを期待している。このプロジェクトの突破口を通じて、世界中で基礎科学が活況を呈しているフロンティア地域を発見し、台湾のエネルギー材料や半導体産業にさらに貢献することが期待されています。

出典:科学技術省

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