Laser & Photonics Reviews:基于亚微米钙钛矿光学微腔的太赫兹高带宽多参量编码

能源和信息是当今世界两大重要议题。最近,钙钛矿作为功能性能源材料,因其宽带的光吸收和出色的电荷传输能力而在光能电能转化领域表现出众。然而,当前钙钛矿材料的研究和应用主要侧重于高效太阳能电池、微型多色相干光源等能源领域。能否将钙钛矿的应用领域从储能材料拓展到信息编码器件,是此领域面临的新挑战和发展方向。华东师范大学谢微研究员及其合作团队首次概念上提出并实验上证实了基于单个钙钛矿亚微米球的多参量光学编码,其可调带宽高达0.2 THz。此工作通过控制辐射源本身的辐射状态进行编码,区别于后期调控输出光场的被动编码方式。作者将光源发光和编码操作结合,发展出无源调制编码不具备的独有功能,给出了节省编码能耗的可行方案。基于亚微米钙钛矿光学微腔,作者实现了多参量关联的太赫兹超快光学编码,从而将钙钛矿材料的应用疆界拓展到光信息处理领域。

作者通过化学气相沉积方法制备高质量的CsPbBr3全无机钙钛矿微球。单个亚微米钙钛矿球结构即可输出性能稳定、功率阈值低的单模激光,又可在光学激射和非激射状态之间快速切换,实现超快光学编码。这里演示了编码序列为‘1101’的编码(如图所示)。由于激射和非激射状态下辐射场性质迥异,该光学编码序列具有优异的区分度和鉴别度。而且辐射光场的强度、偏振度和相干度等物理参量在激射和非激射状态切换过程中遵循关联变化的特点。这种多参量关联的编码方式内在兼容码值纠错功能。此外,作者通过发光源的非线性特征扩展多层编码操作,进一步提升太赫兹带宽钙钛矿微型编码器的信息容量。

这种基于光学微腔激射效应的超快编码方案,可作为一种通用范式应用到其他新型发光材料和多种形貌的微纳结构体系,为开发超快光通信编码器件和微区集成的高带宽光芯片奠定基础。该工作已发表于Laser & Photonics Reviews(DOI: 10.1002/lpor.201900398)。