基于铯的卤化铅钙钛矿微米线激光器与光子探测研究

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微型激光器作为有源器件在集成光电子领域有着重要应用,它可以为系统提供光源,与其他集成器件一起形成具有实际功能的微型光路。随着纯无机铯的钙钛矿出现,其优异的光学性能使它很快成为新一代半导体材料。无机铯的钙钛矿以晶体的形式存在,具有微米线状结构,在泵浦激光的激发下能够出射激光,形成天然的微型激光器。然而,传统制备方法复杂、成本过高,制备出的微米线横截面尺寸小,只能支持具有较低品质因数的法布里-珀罗模式激光;并且由于样品质量不佳,应用于光子探测时响应速度慢。本文为解决该问题,改进了一步溶液法来制备纯无机铯的钙钛矿,开展其激光性质和光子探测能力研究。针对预期要求,提出了制备拥有较大横截面尺寸的钙钛矿微米线。通过对钙钛矿制备方法的调研和反复摸索,本文改进了一步溶液合成法,成功制备出高质量、形貌统一并且拥有较大横截面尺寸的微米线。本文以铯的溴化铅钙钛矿微米线为例,采用飞秒脉冲激光泵浦,首次在其横截面内实现回音壁模式激光,并且品质因数最高达7000。通过双光子泵浦,研究了微米线的非线性效应。同时对被测样品建立模型进行仿真,证实了实验结果的准确性。理论上,纯无机钙钛矿的稳定性优于有机-无机杂化钙钛矿,基于此,本文在飞秒脉冲激光连续泵浦和高温加热下,研究了两者出射激光的稳定性,得出和理论一致的结果。铯的溴化铅钙钛矿微米线除了具有优秀的激光特性,本文还研究了其光子探测性能。通过真空电子束蒸镀制备出金膜电极并且搭建三维转移平台,借助拉锥光纤将微米线转移至金膜电极上,研究了微米线在不同条件下光生电流的变化,测量得到光子探测的响应时间低至8 ms,比之前相关报道低了两个数量级,实现了快速探测。铯的溴化铅钙钛矿微米线的系统研究,为以后集成光电子器件的发展提供了有利的帮助。
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