Single-mode operation while maintaining a high-quality factor have always been key factors for building high-performance semiconductor lasers. Here, single CsPbBr3 perovskite microwire with a width of ∼3 μm is served as an active microresonator in which a typical single-mode laser output with a quality factor of 3000 is realized through the intrinsic self-absorption effect in success. Simultaneously, we observed the evolution of cavity modes in different dimensional perovskite microresonators and discussed the internal mechanisms of mode evolution and single-mode output in depth. The synergistic effect of intrinsic self-absorption and cavity size is the dominant factor for single-mode lasing output. It provides a feasible approach for the subsequent construction of high-quality electrically pumped single-mode lasers.

1.
T. H.
Maiman
,
Nature
187
(
4736
),
493
494
(
1960
).
2.
R.
Su
,
C.
Diederichs
,
J.
Wang
,
T. C. H.
Liew
,
J.
Zhao
,
S.
Liu
,
W.
Xu
,
Z.
Chen
, and
Q.
Xiong
,
Nano Lett.
17
(
6
),
3982
3988
(
2017
).
3.
J. M.
Pina
,
D. H.
Parmar
,
G.
Bappi
,
C.
Zhou
,
H.
Choubisa
,
M.
Vafaie
,
A. M.
Najarian
,
K.
Bertens
,
L. K.
Sagar
,
Y.
Dong
,
Y.
Gao
,
S.
Hoogland
,
M. I.
Saidaminov
, and
E. H.
Sargent
,
Adv. Mater.
33
(
5
),
2006697
(
2021
).
4.
Y.
Jia
,
R. A.
Kerner
,
A. J.
Grede
,
A. N.
Brigeman
,
B. P.
Rand
, and
N. C.
Giebink
,
Nano Lett.
16
(
7
),
4624
4629
(
2016
).
5.
S.
Chen
,
C.
Zhang
,
J.
Lee
,
J.
Han
, and
A.
Nurmikko
,
Adv. Mater.
29
(
16
),
1604781
(
2017
).
6.
F.
Li
,
M.
Jiang
,
Y.
Cheng
,
Y.
Zhang
,
Z.
Yang
,
Y.
Peng
,
W.
Ma
,
Q.
Chen
,
C.
Wang
,
K.
Liu
,
R.
Wang
,
J.
Lu
, and
C.
Pan
,
Nanoscale
13
(
8
),
4432
4438
(
2021
).
7.
J.
Li
,
Y.
Lin
,
J.
Lu
,
C.
Xu
,
Y.
Wang
,
Z.
Shi
, and
J.
Dai
,
ACS Nano
9
(
7
),
6794
6800
(
2015
).
8.
Z.
Liu
,
J.
Yang
,
J.
Du
,
Z.
Hu
,
T.
Shi
,
Z.
Zhang
,
Y.
Liu
,
X.
Tang
,
Y.
Leng
, and
R.
Li
,
ACS Nano
12
(
6
),
5923
5931
(
2018
).
9.
H.
Gao
,
A.
Fu
,
S. C.
Andrews
, and
P.
Yang
,
Proc. Natl. Acad. Sci.
110
(
3
),
865
(
2013
).
10.
S. F.
Liew
,
B.
Redding
,
L.
Ge
,
G. S.
Solomon
, and
H.
Cao
,
Appl. Phys. Lett.
104
(
23
),
231108
(
2014
).
11.
F.
Gu
,
F.
Xie
,
X.
Lin
,
S.
Linghu
,
W.
Fang
,
H.
Zeng
,
L.
Tong
, and
S.
Zhuang
,
Light: Sci. Appl.
6
(
10
),
e17061
(
2017
).
12.
L.
Feng
,
J.
Wong Zi
,
R.-M.
Ma
,
Y.
Wang
, and
X.
Zhang
,
Science
346
(
6212
),
972
975
(
2014
).
13.
H.
Hodaei
,
M.-A.
Miri
,
M.
Heinrich
,
N.
Christodoulides Demetrios
, and
M.
Khajavikhan
,
Science
346
(
6212
),
975
978
(
2014
).
14.
B.
Peng
,
Ş. K.
Özdemir
,
F.
Lei
,
F.
Monifi
,
M.
Gianfreda
,
G. L.
Long
,
S.
Fan
,
F.
Nori
,
C. M.
Bender
, and
L.
Yang
,
Nat. Phys.
10
(
5
),
394
398
(
2014
).
15.
J.
Lu
,
C.
Xu
,
F.
Li
,
Z.
Yang
,
Y.
Peng
,
X.
Li
,
M.
Que
,
C.
Pan
, and
Z. L.
Wang
,
ACS Nano
12
(
12
),
11899
11906
(
2018
).
16.
J.
Lu
,
F.
Li
,
W.
Ma
,
J.
Hu
,
Y.
Yao
,
Z.
Yang
,
Q.
Chen
,
C.
Xu
,
C.
Pan
, and
Z. L.
Wang
,
Adv. Sci
6
,
1900916
(
2019
).
17.
J.
Lu
,
Z.
Yang
,
F.
Li
,
M.
Jiang
,
Y.
Zhang
,
J.
Sun
,
G.
Hu
,
Q.
Xu
,
C.
Xu
,
C.
Pan
, and
Z. L.
Wang
,
Mater. Today
24
,
33
40
(
2019
).
18.
K.
Lin
,
J.
Xing
,
L. N.
Quan
,
F.
Pelayo García de Arquer
,
X.
Gong
,
J.
Lu
,
L.
Xie
,
W.
Zhao
,
D.
Zhang
,
C.
Yan
,
W.
Li
,
X.
Liu
,
Y.
Lu
,
J.
Kirman
,
E. H.
Sargent
,
Q.
Xiong
, and
Z.
Wei
,
Nature
562
(
7726
),
245
248
(
2018
).
19.
Y.
Cao
,
N.
Wang
,
H.
Tian
,
J.
Guo
,
Y.
Wei
,
H.
Chen
,
Y.
Miao
,
W.
Zou
,
K.
Pan
,
Y.
He
,
H.
Cao
,
Y.
Ke
,
M.
Xu
,
Y.
Wang
,
M.
Yang
,
K.
Du
,
Z.
Fu
,
D.
Kong
,
D.
Dai
,
Y.
Jin
,
G.
Li
,
H.
Li
,
Q.
Peng
,
J.
Wang
, and
W.
Huang
,
Nature
562
(
7726
),
249
253
(
2018
).
20.
H.
Zhu
,
Y.
Fu
,
F.
Meng
,
X.
Wu
,
Z.
Gong
,
Q.
Ding
,
M. V.
Gustafsson
,
M. T.
Trinh
,
S.
Jin
, and
X. Y.
Zhu
,
Nat. Mater.
14
(
6
),
636
642
(
2015
).
21.
G.
Xing
,
N.
Mathews
,
S. S.
Lim
,
N.
Yantara
,
X.
Liu
,
D.
Sabba
,
M.
Grätzel
,
S.
Mhaisalkar
, and
T. C.
Sum
,
Nat. Mater.
13
(
5
),
476
480
(
2014
).
22.
S.
Yakunin
,
M.
Sytnyk
,
D.
Kriegner
,
S.
Shrestha
,
M.
Richter
,
G. J.
Matt
,
H.
Azimi
,
C. J.
Brabec
,
J.
Stangl
,
M. V.
Kovalenko
, and
W.
Heiss
,
Nat. Photonics
9
(
7
),
444
449
(
2015
).
23.
L.
Dou
,
Y.
Yang
,
J.
You
,
Z.
Hong
,
W.-H.
Chang
,
G.
Li
, and
Y.
Yang
,
Nat. Commun.
5
(
1
),
5404
(
2014
).
24.
S.
Yang Woon
,
H.
Noh Jun
,
J.
Jeon Nam
,
C.
Kim Young
,
S.
Ryu
,
J.
Seo
, and
I.
Seok Sang
,
Science
348
(
6240
),
1234
1237
(
2015
).
25.
W.
Nie
,
H.
Tsai
,
R.
Asadpour
,
J.-C.
Blancon
,
J.
Neukirch Amanda
,
G.
Gupta
,
J.
Crochet Jared
,
M.
Chhowalla
,
S.
Tretiak
,
A.
Alam Muhammad
,
H.-L.
Wang
, and
D.
Mohite Aditya
,
Science
347
(
6221
),
522
525
(
2015
).
26.
B. R.
Sutherland
and
E. H.
Sargent
,
Nat. Photonics
10
(
5
),
295
302
(
2016
).
27.
Y.
Fu
,
H.
Zhu
,
J.
Chen
,
M. P.
Hautzinger
,
X. Y.
Zhu
, and
S.
Jin
,
Nat. Rev. Mater.
4
(
3
),
169
188
(
2019
).
28.
S. D.
Stranks
and
H. J.
Snaith
,
Nat. Nanotechnol.
10
(
5
),
391
402
(
2015
).
29.
C.
Huang
,
C.
Zhang
,
S.
Xiao
,
Y.
Wang
,
Y.
Fan
,
Y.
Liu
,
N.
Zhang
,
G.
Qu
,
H.
Ji
,
J.
Han
,
L.
Ge
,
Y.
Kivshar
, and
Q.
Song
,
Science
367
(
6481
),
1018
1021
(
2020
).
30.
W.
Sun
,
Y.
Liu
,
G.
Qu
,
Y.
Fan
,
W.
Dai
,
Y.
Wang
,
Q.
Song
,
J.
Han
, and
S.
Xiao
,
Nat. Commun.
11
(
1
),
4862
(
2020
).
31.
A.
Zhizhchenko
,
S.
Syubaev
,
A.
Berestennikov
,
A. V.
Yulin
,
A.
Porfirev
,
A.
Pushkarev
,
I.
Shishkin
,
K.
Golokhvast
,
A. A.
Bogdanov
,
A. A.
Zakhidov
,
A. A.
Kuchmizhak
,
Y. S.
Kivshar
, and
S. V.
Makarov
,
ACS Nano
13
(
4
),
4140
4147
(
2019
).
32.
B.
Tang
,
H.
Dong
,
L.
Sun
,
W.
Zheng
,
Q.
Wang
,
F.
Sun
,
X.
Jiang
,
A.
Pan
, and
L.
Zhang
,
ACS Nano
11
(
11
),
10681
10688
(
2017
).
33.
N.
Zhang
,
Y.
Fan
,
K.
Wang
,
Z.
Gu
,
Y.
Wang
,
L.
Ge
,
S.
Xiao
, and
Q.
Song
,
Nat. Commun.
10
(
1
),
1770
(
2019
).
34.
Z.
Yang
,
J.
Lu
,
M.
ZhuGe
,
Y.
Cheng
,
J.
Hu
,
F.
Li
,
S.
Qiao
,
Y.
Zhang
,
G.
Hu
,
Q.
Yang
,
D.
Peng
,
K.
Liu
, and
C.
Pan
,
Adv. Mater.
31
(
18
),
1900647
(
2019
).
35.
C.
Qin
,
A. S. D.
Sandanayaka
,
C.
Zhao
,
T.
Matsushima
,
D.
Zhang
,
T.
Fujihara
, and
C.
Adachi
,
Nature
585
(
7823
),
53
57
(
2020
).
36.
Y.
Jia
,
R. A.
Kerner
,
A. J.
Grede
,
B. P.
Rand
, and
N. C.
Giebink
,
Nat. Photonics
11
(
12
),
784
788
(
2017
).
37.
A.
Siegman
,
Lasers
(
Oxford University Press
,
1986
).
38.
G. D.
Mahan
,
Phys. Rev.
145
(
2
),
602
608
(
1966
).
39.
X.
Liu
,
Q.
Zhang
,
Q.
Xiong
, and
T. C.
Sum
,
Nano Lett.
13
(
3
),
1080
1085
(
2013
).
40.
F.
Urbach
,
Phys. Rev.
92
(
5
),
1324
1324
(
1953
).
41.
Q.
Zhang
,
R.
Su
,
X.
Liu
,
J.
Xing
,
T. C.
Sum
, and
Q.
Xiong
,
Adv. Funct. Mater.
26
(
34
),
6238
6245
(
2016
).
42.
S. W.
Eaton
,
M.
Lai
,
N. A.
Gibson
,
A. B.
Wong
,
L.
Dou
,
J.
Ma
,
L.-W.
Wang
,
S. R.
Leone
, and
P.
Yang
,
Proc. Natl. Acad. Sci.
113
(
8
),
1993
(
2016
).
43.
C.
Oubre
and
P.
Nordlander
,
J. Phys. Chem. B
108
(
46
),
17740
17747
(
2004
).
44.
T.
Nakamura
,
B. P.
Tiwari
, and
S.
Adachi
,
Appl. Phys. Lett.
99
(
23
),
231105
(
2011
).
45.
J.
Li
,
C.
Meng
,
Y.
Liu
,
X.
Wu
,
Y.
Lu
,
Y.
Ye
,
L.
Dai
,
L.
Tong
,
X.
Liu
, and
Q.
Yang
,
Adv. Mater.
25
(
6
),
833
837
(
2013
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.