近日，浙江大學材料學院葉志鎮(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、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的有力競爭者。其中，藍色激光作為應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對推動鈣鈦礦在激光領域的應用具有重要意義。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，凈增益系數高達744.7cm-1。在高性能鈣鈦礦薄膜增益介質的基礎上，進一步構筑垂直腔面發(fā)射激光器并實現了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的簡便方法，同時也提出了一種基于束縛激子實現受激輻射的機制，證實了缺陷可以被有效利用，為實現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）的產生。ASE強度和半峰寬隨著激光泵浦能量變化的函數清晰地顯示出一個拐點，該拐點即對應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)光的動力學過程。OmniFluo900為模塊化搭建結構，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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