Природа оптического усиления в микростержнях ZnO малого диаметра с модами шепчущей галереи

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Благодаря достаточно высоким порогам лазерной генерации, стимулированное излучение в относительно небольших микрокристаллических лазерах ZnO часто считается следствием инверсии населенностей в электронно-дырочной плазме (ЭДП). В настоящей работе вопрос природы оптического усиления в таких излучателях исследован на примере микростержней ZnO с диаметрами 1–6 мкм, синтезированных методом модифицированного термического испарения и демонстрирующих лазерную генерацию на модах шепчущей галереи (МШГ) в ближнем ультрафиолетовом диапазоне. Показано, что оптическое усиление в таких объектах не является следствием инверсии населенностей в ЭДП ни при низкой, ни при комнатной температурах. Вместо этого, основным процессом, приводящим к усилению, является процесс типа экситон-электронного рассеяния. В отличие от случая крупных МШГ-микрорезонаторов ZnO, в небольших микростержнях этот процесс оказывается доминирующим в широком диапазоне температур.

Об авторах

А. П. Тарасов

Институт кристаллографии им. А. В.Шубникова, Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: tarasov.a@crys.ras.ru
Москва, Россия

Л. А. Задорожная

Институт кристаллографии им. А. В.Шубникова, Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Москва, Россия

В. М. Каневский

Институт кристаллографии им. А. В.Шубникова, Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Москва, Россия

Список литературы

  1. H. Morkoc and U.Ozgur, Zinc oxide: fundamentals, materials and device technology, Wiley-VCH, Weinheim (2009).
  2. C. F. Klingshirn, Semiconductor Optics, Springer, Berlin (2012).
  3. H. Dong, B. Zhou, J. Li, J. Zhan, and L. Zhang, J. Materiomics 3, 255 (2017).
  4. А.П. Тарасов, Ч.М. Брискина, В. М. Маркушев, Л. А. Задорожная, А. С. Лавриков, В. М. Каневский,
  5. Письма в ЖЭТФ 110, 750 (2019) [JETP Lett. 110,
  6. (2019)].
  7. A. Tashiro, Y. Adachi, and T. Uchino, J. Appl. Phys. 133, 221101 (2023).
  8. R. Chen, B. Ling, X. W. Sun, and H. D. Sun, Adv. Mater. 23, 2199 (2011).
  9. J. Dai, C. X. Xu, X. Y. Xu, J. T. Li, J. Y. Guo, and Y. Lin, APL Mater. 1, 032105 (2013).
  10. T. Michalsky, M. Wille, C. P. Dietrich, R. Roder, C. Ronning, R. Schmidt-Grund, and M. Grundmann, Appl. Phys. Lett. 105, 211106 (2014).
  11. C. Xu, J. Dai, G. Zhu, G. Zhu, Y. Lin, J. Li, and Z. Shi, Las. Photon. Rev. 8, 469 (2014).
  12. J. Dai, C. X. Xu, P. Wu, J. Y. Guo, Z. H. Li, and Z. L. Shi, Appl. Phys. Lett. 97, 011101 (2010).
  13. J. Dai, C. Xu, T. Nakamura, Y. Wang, J. Li, and Y. Lin, Opt. Express 22, 28831 (2014).
  14. M. A. Versteegh, D. Vanmaekelbergh, and J. I. Dijkhuis, Phys. Rev. Lett. 108, 157402 (2012).
  15. M. Wille, C. Sturm, T. Michalsky, R. R¨oder, C. Ronning, R. Schmidt-Grund, and M. Grundmann, Nanotechnology 27, 225702 (2016).
  16. T. Nakamura, K. Firdaus, and S. Adachi, Phys. Rev. B 86, 205103 (2012).
  17. A. P. Tarasov, A. E. Muslimov, and V.M. Kanevsky, Materials 15, 8723 (2022).
  18. Л. Н. Демьянец, Л. Е. Ли, А. С. Лавриков, С. В. Никитин, Кристаллография 55, 149 (2010) [Crystallogr. Rep. 55, 142 (2010)].
  19. L. A. Zadorozhnaya, A. P. Tarasov, A. S. Lavrikov, and V. M. Kanevsky, Comp. Opt. 48, to be published (2024).
  20. X. W. Sun and H. S. Kwok, J. Appl. Phys. 86, 408 (1999).
  21. M. A. Zimmler, J. Bao, F. Capasso, S. M¨uller, and C. Ronning, Appl. Phys. Lett. 93, 051101 (2008).
  22. J. Liu, S. Lee, Y. Ahn, J. Y. Park, K. H. Koh, and K. H. Park, Appl. Phys. Lett. 92, 263102 (2008).
  23. А. П. Тарасов, А. С. Лавриков, Л. А. Задорожная, В. М. Каневский, Письма в ЖЭТФ 115, 554 (2022) [JETP Lett. 115, 502 (2022)].
  24. L. Sun, H. Dong, W. Xie, Z. An, X. Shen, and Z. Chen, Opt. Express 18, 15371 (2010).
  25. J. Wiersig, Phys. Rev. A 67, 023807 (2003).
  26. L. Wang and N. C. Giles, J. Appl. Phys. 94, 973 (2003).
  27. J. V. Foreman, J. G. Simmons, W. E. Baughman, J. Liu, and J. O. Everitt, J. Appl. Phys. 113, 133513 (2013).
  28. C. Klingshirn, J. Fallert, H. Zhou, J. Sartor, C. Thiele, F. Maier-Flaig, D. Schneider, and H. Kalt, Phys. Status Solidi 247, 1424 (2010).
  29. А. П. Тарасов, И. Д. Веневцев, А. Э. Муслимов, Л. А. Задорожная, П. А. Родный, В. М. Каневский, Квантовая электроника 51, 366 (2021) [Quantum Electron. 51, 366 (2021)].
  30. C. Klingshirn, Phys. Status Solidi B 71, 547 (1975).
  31. R. Matsuzaki, H. Soma, K. Fukuoka, K. Kodama, A. Asahara, T. Suemoto, Y. Adachi, and T. Uchino, Phys. Rev. B 96, 125306 (2017).
  32. U. Ozgur, Y. I. Alivov, C. Liu, A. Teke, M. A. Reshchikov, S. Dogan, V. Avrutin, S. J. Cho, and H. A. Morkoc, J. Appl. Phys. 98, 41301 (2005).
  33. M. A. Versteegh, T. Kuis, H. T. C. Stoof, and J. I. Dijkhuis, Phys. Rev. B 84, 035207 (2011).
  34. C. Klingshirn, R. Hauschild, J. Fallert, and H. Kalt, Phys. Rev. B 75, 115203 (2007).
  35. А. П. Тарасов, Л. А. Задорожная, А. Э. Муслимов, Ч. М. Брискина, В. М. Каневский, Письма в ЖЭТФ 114, 596 (2021) [JETP Lett. 114, 517 (2021)].

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024