激子极化激元诱导连续光泵浦纳米带绿光激光器
半导体微纳激光是低功耗、集成及柔性光电信息技术发展的核心驱动光源。然而由于表界面非辐射损耗、有限的增益体积等问题，半导体纳米结构的激光基本需使用脉冲光为激励源，尤其在绿光波段。如何降低工作阈值，实现连续光泵浦甚至电泵浦激光是该领域的关键科学问题。
北京大学工学院材料科学与工程系张青研究员课题组与多个单位合作，引入激子极化激元（以下简称极化激元），实现了一种绿光波段、连续光泵浦的半导体纳米带激光器，并揭示了极化激元降低激光阈值的作用机制。利用空间分离泵浦-探测荧光光谱、增益-损耗分析、热动力学分析等手段，他们发现极化激元有效地降低了光传播的群速度和相速度，其群折射率在78 K时可达43.7。这显著提高了光学模式的限制因子，减少了透射损耗，从而降低激射阈值，从而实现连续光泵浦工作（典型阈值低于10 kW?cm-2）。该激光的阈值在78 K下低至2.6 kW?cm-2，为目前钙钛矿微纳激光器报道的最低值，显著低于同波段其他类型半导体材料。工作同时指出使用超薄的纳米片、高导热衬底（如蓝宝石）也是实现连续光泵浦激光的关键。该文系统地分析了极化激元对半导体微纳结构激射阈值的影响，立足光物理及器件物理，为构筑低功耗片上微型激光和柔性激光源提供了思路。
图. a.连续光泵浦半导体纳米带绿光激光器示意图(上)， CsPbBr3纳米带连续光泵浦激光光谱(下)；b.不同温度下纳米带发光的能量-波矢色散曲线；c. 群折射率、相折射率与能量、温度的依赖关系；d. 模式束缚因子、材料损耗、材料增益及理论阈值与温度的依赖关系。
研究成果于2020年8月3日以“Role of the Exciton–Polariton in a Continuous-Wave Optically Pumped CsPbBr3 Perovskite Laser”为题发表在Nano Letters上（Nano Lett. 2020, 20, 9, 6636–6643），博士生尚秋宇为第一作者，张青研究员为通讯作者。
