科技成果｜基于金纳米棒的光泵浦钙钛矿垂直腔面激光器

来源：钙钛矿材料和器件发布时间：2025-09-01 16:51:30

基于金纳米棒的光泵浦钙钛矿垂直腔面激光器

成果简介

激光器作为一种重要的光源，广泛应用于通信、医疗、显示技术和科学研究等多个领域。钙钛矿作为一种具有高光增益的直接带隙半导体，其特性包括高介电常数、高光致发光量子产率、可调带隙和窄辐射光谱等，被认为是实现低成本、高性能激光器的理想增益介质。其独特的能带结构和组成灵活性为低阈值、高稳定性激光器的研发提供了有力支持。更重要的是，通过控制维度和缺陷钝化等技术来设计钙钛矿的发射特性，能够制造出具有低阈值和高稳定性的钙钛矿激光器。

自2014年首次实现卤化物钙钛矿的光泵浦激光以来，研究人员已经利用多种外部微腔结构成功构建钙钛矿激光器，例如分布式反馈(DFB)激光器和垂直腔面发射激光器(VCSEL)。其中，VCSEL凭借低功耗、高调制带宽、小尺寸、良好的可扩展性以及与单片集成的兼容性，成为先进集成光子器件与系统的核心平台。然而，钙钛矿薄膜中不可避免地存在高密度缺陷，这严重阻碍了激发态载流子的快速积累，从而不利于受激辐射的发生。此外，钙钛矿在温度升高、氧气、湿气及紫外光照射下易迅速降解，且实现低光学损耗的谐振腔也至关重要。激光阈值是评估激光器性能的关键指标，尽管已有研究构建了钙钛矿VCSEL，但降低激光阈值的策略仍存在不足，提升钙钛矿VCSEL的稳定性仍是亟待解决的重大挑战。

针对上述问题，北京工业大学关宝璐、黄帅团队研制了基于金纳米棒的钙钛矿垂直腔面激光器。该研究采用ZnS作为添加剂钝化钙钛矿薄膜的缺陷，有效提升了钙钛矿薄膜的稳定性和放大自发辐射性能;同时，在激光器谐振腔内引入金纳米粒子，改善了光场能量分布并提高了光学限制因子，最终实现了稳定、低阈值的激光输出。

应用领域

工业加工、医疗领域、科研与国防、通信与显示等领域。

从工业加工到国防科技，从医疗设备到通信系统，光泵浦半导体激光器凭借其高效能、长寿命与紧凑结构，正成为推动多领域技术革新的核心力量。随着半导体制造工艺的进步与材料科学的突破，激光器的输出功率与光束质量将持续提升，其应用边界亦将不断拓展。未来，这一精密技术或将进一步融入智能制造、量子通信等前沿领域，为人类科技进步注入持续动能。

特点及优势

1.通过添加剂的双位点协同钝化作用，改善钙钛矿薄膜的放大自发辐射(ASE)性能并提高其光稳定性。