近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與國(guó)科大杭州高等研究院和山東大學(xué)合作，在熱蒸發(fā)準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜隨機(jī)激光及無(wú)散斑激光成像應(yīng)用方面取得進(jìn)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(zhǔn)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(rèn)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(shí)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(dòng)鈣鈦礦激光器商業(yè)化進(jìn)程中一種很有前景的補(bǔ)充方案。然而，由于熱蒸發(fā)過(guò)程中快速且不可控的結(jié)晶過(guò)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(duì)上述問(wèn)題，研究人員通過(guò)優(yōu)化熱蒸發(fā)工藝，制備了高增益準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜。結(jié)合時(shí)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(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，并分析了超快激子轉(zhuǎn)移、高效率雙分子輻射復(fù)合過(guò)程（93.1%）是促成長(zhǎng)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(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜的優(yōu)異增益特性，研究人員實(shí)現(xiàn)了低閾值隨機(jī)激光器及低散斑對(duì)比度的高質(zhì)量無(wú)散斑激光成像應(yīng)用。這項(xiàng)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(shí)了熱蒸發(fā)鈣鈦礦薄膜用于高性能隨機(jī)激光器和無(wú)散斑成像系統(tǒng)的可能性。

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圖1. 熱蒸發(fā)準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜隨機(jī)激光及無(wú)散斑成像示意圖

相關(guān)工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、上海市基礎(chǔ)研究試點(diǎn)計(jì)劃、國(guó)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