近日，莊松林院士領(lǐng)銜的未來(lái)光學(xué)實(shí)驗(yàn)室、谷付星教授課題組在國(guó)際權(quán)威期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials，影響因子30.849）上發(fā)表了題為“用于低閾值激光的直接帶隙雙層硒化鎢(WSe2)/微球一體腔”（Direct-Bandgap Bilayer WSe2/Microsphere Monolithic Cavity for Low-Threshold Lasing）的研究成果。該論文由谷付星教授和于佳鑫副教授為共同通訊作者，于佳鑫副教授與博士生邢帥為并列第一作者。該研究工作的方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、模擬工作均在上海理工大學(xué)未來(lái)光學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。
近年來(lái)，光子集成芯片因具有響應(yīng)速度快、頻帶更寬、線路損耗更低等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是未來(lái)高性能集成芯片的有力競(jìng)爭(zhēng)者。微納激光器件最為其重要組成部分之一，常常受制于功耗過(guò)高和加工成本高昂等問(wèn)題。微球是一種優(yōu)異的光學(xué)微腔結(jié)構(gòu)，在泵浦光的激發(fā)下可以產(chǎn)生高品質(zhì)因子的回音壁模式振蕩，在微納激光、光學(xué)傳感等領(lǐng)域均獲得廣泛關(guān)注。相比于其他需要高精密加工技術(shù)的常見(jiàn)微腔（如F?P微腔、WG微腔、光子晶體微腔等），微球可以通過(guò)批量工業(yè)生產(chǎn)來(lái)獲得，是一種低成本、高產(chǎn)率、重復(fù)性好的微腔選擇；若利用單層過(guò)渡金屬硫族化合物作為增益介質(zhì)，其單分子量級(jí)的材料厚度和極高的量子產(chǎn)率，在超高集成度、低能耗的微納激光方面具有良好的工業(yè)實(shí)用前景?；谶@一想法，集成光機(jī)電團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性的提出了將雙層WSe2包覆沉積于微球表面，二者通過(guò)范德華力結(jié)合，在技術(shù)上有效的解決了脆弱的二維材料與復(fù)雜曲面的粘合性這一棘手問(wèn)題；而沉積過(guò)程引入的材料曲面應(yīng)變，巧妙的將雙層材料的間接電子帶隙轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋叮M(jìn)而將光致發(fā)光強(qiáng)度顯著提高近60倍；此外，這種增益介質(zhì)/微腔的一體結(jié)構(gòu)也大大提升了腔體對(duì)光的約束性?；谏鲜鰞?yōu)勢(shì)，研究人員實(shí)現(xiàn)了0.72W/cm2的超低閾值微納激光，比現(xiàn)有激光閾值記錄低近一個(gè)數(shù)量級(jí)。該研究成果首次證明了使用多層過(guò)渡金屬硫族化合物作為二維增益介質(zhì)的可能性，同時(shí)也為超緊湊激光器件提供了一種新的思路。
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論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202106502
供稿：光電學(xué)院
