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近日，浙江大學(xué)材料學(xué)院葉志鎮(zhèn)院士團隊在藍色鈣鈦礦激光方面取得重要進展，研究成果以“Blue Perovskite Lasing Derived from Bound Excitons through Defect Engineering"為題發(fā)表在國際著名期刊ACS Nano (DOI: 10.1021/acsnano.4c06877)上。浙江大學(xué)為該論文第一單位，陸國超博士與王昕洋博士為共同第一作者，葉志鎮(zhèn)院士、何海平教授、李靜博士為共同通訊作者。
全無機鉛鹵鈣鈦礦薄膜具有高光增益、帶隙可調(diào)、非外延生長和易與其他光電子器件集成等優(yōu)勢，是下一代低成本、高性能全色激光增益介質(zhì)的有力競爭者。其中，藍色激光作為應(yīng)用最為廣泛的相干光源之一，發(fā)展鈣鈦礦薄膜藍光增益介質(zhì)對推動鈣鈦礦在激光領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。然而，藍光鈣鈦礦薄膜中存在不可避免的高密度缺陷，嚴重阻礙激發(fā)態(tài)載流子的快速積累從而不利于受激輻射的發(fā)生，加之藍光鈣鈦礦薄膜中的缺陷鈍化十分困難、鈍化效果往往不佳，因此基于鈣鈦礦薄膜實現(xiàn)藍色激光仍十分困難。
針對這一難題，團隊提出了一種缺陷工程策略，通過辛基溴化銨（OABr）添加劑在全無機Rb/Cs混合鈣鈦礦薄膜中引入深能級缺陷，并基于該缺陷形成束縛激子，最終基于束縛激子在高缺陷密度的鈣鈦礦薄膜中實現(xiàn)了高性能的藍光放大自發(fā)輻射（ASE），閾值低至13.5 μJ/cm2，凈增益系數(shù)高達744.7cm-1。在高性能鈣鈦礦薄膜增益介質(zhì)的基礎(chǔ)上，進一步構(gòu)筑垂直腔面發(fā)射激光器并實現(xiàn)了482 nm的單縱模藍色激光。
這項工作不僅展示了一種制備高性能鈣鈦礦藍色激光增益介質(zhì)的簡便方法，同時也提出了一種基于束縛激子實現(xiàn)受激輻射的機制，證實了缺陷可以被有效利用，為實現(xiàn)高性能藍色激光提供了新的思路。
基于束縛激子的高性能藍光放大自發(fā)輻射
圖中可見，當激發(fā)光能量增加到某一特定閾值的時候，熒光光譜在484nm處出現(xiàn)一個尖銳的發(fā)光峰，發(fā)射強度的陡增以及發(fā)光峰的變窄，揭示了放大自發(fā)輻射（ASE）的產(chǎn)生。ASE強度和半峰寬隨著激光泵浦能量變化的函數(shù)清晰地顯示出一個拐點，該拐點即對應(yīng)ASE的閾值，為13.5μJ/cm2。利用基于條紋相機的超快時間分辨測試得到ASE的壽命僅為20ps。
配置推薦
本文基于束縛激子的高性能藍光放大自發(fā)輻射的超快時間分辨光譜測試采用使用卓立漢光公司的ST-10條紋相機搭配飛秒激光器測試得到。穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜測試使用卓立漢光公司的OmniFluo900熒光光譜儀完成。
ST-10條紋相機時間分辨率可達到5ps，可匹配多種焦長光譜儀，快速追蹤超快發(fā)光的動力學(xué)過程。OmniFluo900為模塊化搭建結(jié)構(gòu)，通過搭配不同的光源、檢測器和各類附件，為紫外/可見/近紅外發(fā)光測試提供綜合解決方案，也為鈣鈦礦發(fā)光器件、鈣鈦礦光伏器件及鈣鈦礦量子點的研發(fā)提供有利工具。
條紋相機超快時間分辨系統(tǒng) OmniFluo900系列穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀
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