近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室與國科大杭州高等研究院和山東大學(xué)合作，在熱蒸發(fā)準二維鈣鈦礦薄膜隨機激光及無散斑激光成像應(yīng)用方面取得進展，相關(guān)成果以“Random lasing from thermally evaporated quasi-two-dimensional perovskite film for speckle-free imaging”為題發(fā)表于ACS Photonics。

準二維鈣鈦礦由于其天然的多量子阱結(jié)構(gòu)和顯著的穩(wěn)定性，被認為是高性能微納激光器件理想的增益介質(zhì)之一。熱蒸發(fā)技術(shù)易實現(xiàn)精度可控的大面積生產(chǎn)，已在商業(yè)化發(fā)光二極管中取得了巨大成功，是推動鈣鈦礦激光器商業(yè)化進程中一種很有前景的補充方案。然而，由于熱蒸發(fā)過程中快速且不可控的結(jié)晶過程，導(dǎo)致鈣鈦礦薄膜缺陷較多，增益性能較差，大大影響其激光性能。

針對上述問題，研究人員通過優(yōu)化熱蒸發(fā)工藝，制備了高增益準二維鈣鈦礦薄膜。結(jié)合時間分辨熒光光譜和瞬態(tài)吸收光譜技術(shù)，觀察到多量子阱結(jié)構(gòu)內(nèi)部超快的激子能量轉(zhuǎn)移（0.25 ps），闡明其內(nèi)部的激子和自由載流子競爭機制，并分析了超快激子轉(zhuǎn)移、高效率雙分子輻射復(fù)合過程（93.1%）是促成長增益壽命（66.5 ps）和高增益系數(shù)（1071 cm-1）的原因，這有利于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和光放大。最終，基于準二維鈣鈦礦薄膜的優(yōu)異增益特性，研究人員實現(xiàn)了低閾值隨機激光器及低散斑對比度的高質(zhì)量無散斑激光成像應(yīng)用。這項工作不僅為制備高效的熱蒸發(fā)鈣鈦礦微納激光器件提供了寶貴的指導(dǎo)，而且證實了熱蒸發(fā)鈣鈦礦薄膜用于高性能隨機激光器和無散斑成像系統(tǒng)的可能性。

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圖1. 熱蒸發(fā)準二維鈣鈦礦薄膜隨機激光及無散斑成像示意圖

相關(guān)工作得到了國家重點研發(fā)計劃、上海市基礎(chǔ)研究試點計劃、國家自然科學(xué)基金、浙江省科技廳和浙江省杭州市科學(xué)技術(shù)局的資助和支持。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1021/acsphotonics.3c01826