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全球首創(chuàng)!浙大團隊成功研制電驅動鈣鈦礦激光器,開啟光電集成新紀元

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全球首個電驅動鈣鈦礦激光器的問世,對鈣鈦礦材料而言具有里程碑式的意義

全球首個電驅動鈣鈦礦激光器的問世,對鈣鈦礦材料而言具有里程碑式的意義,其作用與影響可概括為以下幾個方面:

科學突破:解決電驅動技術瓶頸

實現電驅動激光發(fā)射:此前,鈣鈦礦激光器主要依賴光泵浦方式,而電驅動是實現集成化、小型化應用的關鍵。浙江大學團隊通過創(chuàng)新的雙腔垂直集成結構,成功將高功率微腔PeLED與低閾值單晶鈣鈦礦微腔耦合,首次實現了電泵浦鈣鈦礦激光發(fā)射,解決了該領域長期存在的技術瓶頸。

低閾值與高穩(wěn)定性:該器件激光閾值電流密度最低達92 A/cm²,遠低于電驅動有機激光器,且工作半衰期達1.8小時,穩(wěn)定性顯著優(yōu)于同類器件。這一突破驗證了鈣鈦礦材料在電驅動激光領域的可行性。

技術革新:推動光電集成與應用拓展

高效光耦合與調制:雙腔結構實現82.7%的光耦合效率,結合硅襯底散熱優(yōu)化,使器件具備36.2 MHz的高速調制能力,為光學數據傳輸、光子計算等應用提供了技術支撐。

兼容性與成本優(yōu)勢:鈣鈦礦材料可通過溶液法低溫制備,與硅基CMOS工藝兼容,制造成本顯著低于傳統(tǒng)III-V族半導體激光器。這一特性使其在集成光子芯片、可穿戴設備等領域具有巨大應用潛力。

產業(yè)影響:開啟鈣鈦礦商業(yè)化新篇章

突破性能瓶頸:此前,藍光鈣鈦礦LED因效率低、穩(wěn)定性差而發(fā)展滯后。該研究通過精準調控鈣鈦礦相組成和分布,抑制非輻射復合與離子遷移,將藍光鈣鈦礦LED的效率提升至21.4%,穩(wěn)定性提升近30倍,為鈣鈦礦LED的商業(yè)化應用掃除了關鍵障礙。

驗證材料穩(wěn)定性:盡管鈣鈦礦材料長期面臨濕度、溫度敏感等問題,但該研究在實驗室條件下驗證了其長期可靠性,為產業(yè)化提供了重要參考。

未來挑戰(zhàn)與研究方向

高速運行與架構簡化:當前器件仍受限于微腔PeLED子單元的自發(fā)輻射壽命,未來需突破納秒級壽命限制,實現吉赫茲級高速運行。同時,從“集成式泵浦”架構向更簡潔的激光二極管結構過渡,是提升器件集成度的關鍵。

環(huán)境適應性優(yōu)化:盡管實驗室性能優(yōu)異,但實際應用中需進一步驗證器件在復雜環(huán)境下的長期穩(wěn)定性,并開發(fā)有效的封裝與保護技術。

全球首個電驅動鈣鈦礦激光器的問世,不僅標志著鈣鈦礦材料在電驅動激光領域取得根本性突破,更為其光電集成、通信、計算等應用開辟了新路徑。這一成果將加速鈣鈦礦材料從實驗室走向產業(yè)化,推動光電子產業(yè)的技術革新與成本下降。

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