Durchstimmbare Dauerstrichlaser auf der Basis von Metalhalogenid-Perowskiten (PEROLAS)

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Lemmer; Dr. Ulrich Wilhelm Paetzold
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409035484

Das Ziel des Antrages ist die Realisierung von flüssigprozessierbaren, optisch gepumpten Lasern, die über einen weiten Spektralbereich im sichtbaren und nahinfrarotem im kontinuierlichen (cw) Betrieb arbeiten können. Dies soll realisiert werden durch die Entwicklung geeigneter Materialen mit hoher optischer Verstärkung aus der Klasse der Blei-Halogenid Perowskite (LHP, engl.: Lead-Halide Perovskites) und durch die Entwicklung geeigneter Bauteilarchitekturen. Ein Schwerpunkt wird hierbei auf die Durchstimmbarkeit der Laser, sowie auf die Entwicklung von Lasern im grünen Spektralbereich gelegt, da dieser mit traditioneller III-V Halbleitertechnologie nur schwer zu erschließen ist. Solche Laserquellen könnten beispielsweise als integrierte Laserquellen in der Sensorik und Metrologie oder in zukünftigen Displays wie Virtual-Reality-(VR) oder Augmented Reality-(AR) Displays eingesetzt werden.Das Forschungsvorhaben beginnt mit der Erschließung eines tiefgreifenden physikalischen Verständnisses der aktuell limitierenden Faktoren in LHPs. Anschließend werden durch die Weiterentwicklung der Materialien die momentanen Limitierungen überwunden. Durch Simulation und Design werden optimierte DFB Laser Strukturen erarbeitet und anschließend realisiert. Unser Forschungsvorhaben knüpft hierbei direkt an Vorarbeiten zur Entwicklung von LHP Lasern und Materialien, bei denen bereits vielversprechende Lasereigenschaften im gepulsten optischen Anregungsbetrieb beobachtet wurde. Ein umfassendes Verständnis der optischen Verstärkungseigenschaften von LHPs, insbesondere die Rolle von Mehrfachkationen-Systemen, ist von wesentlichem Interesse zur Weiterentwicklung von LHPs als Lasermaterialien. Die Aktualität des Forschungsvorhabens wird untermauert durch die jüngst erschienene Veröffentlichung über Einfachkationen-LHP Laser, in der erstmals bei Tieftemperatur (100K) Lasing im Nahinfraroten im cw Betrieb beobachtet werden konnte. Wir erwarten, dass die Ergebnisse unseres Vorhabens wesentlich zur Entwicklung von cw LHP Lasern über einen weiten Spektralbereich beitragen werden, welche dann auch bei höheren Temperaturen betrieben werden können. Die Expertise der Antragssteller reicht von der grundlegenden Spektroskopie über die Materialentwicklung bis hin zum Laserdesign und zur optoelektronischen Charakterisierung und verspricht damit eine erfolgreiche Bearbeitung des Forschungsprojektes.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Ian Howard, Ph.D.