中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所激光與紅外材料實(shí)驗室由研究員張龍、董紅星領(lǐng)銜的微結構光物理研究團隊與南京曉莊學(xué)院、中科院上海高等研究院等國內研究機構合作，在微腔調制寬帶可調諧激光研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。實(shí)現一種新型寬帶隙可調諧CsPbCl3-3xBr3x納米線(xiàn)狀微腔，并利用密度泛函理論與動(dòng)力學(xué)實(shí)驗解析了該材料離子交換的動(dòng)力學(xué)特征及其內在化學(xué)機理，基于微腔規則的幾何結構及寬帶隙調節特性，在單個(gè)微腔上成功實(shí)現高品質(zhì)、寬帶可調諧微納激光輸出。相關(guān)成果于3月1日發(fā)表于[Nano Energy, 71, 104641 (2020)]。
具備寬帶可調諧特性的納米線(xiàn)微納激光光源在微型光電子器件方面具有重要應用前景。但是，受制于納米線(xiàn)的窄增益區間，現行研究大多依賴(lài)于單個(gè)器件上集成多根納米線(xiàn)實(shí)現寬帶可調諧激光輸出，這極大地阻礙了光電子器件的進(jìn)一步小型化和集成化。近年來(lái)，由于其具備吸收系數高、熒光產(chǎn)率高、光譜調諧范圍大等特性，鈣鈦礦材料備受關(guān)注。諸多研究表明，相比于傳統光學(xué)材料，鈣鈦礦納米線(xiàn)微納激光具備高品質(zhì)、低閾值、寬帶可調諧特性。然而，受制于鈣鈦礦材料柔軟的晶格特性，單根鈣鈦礦納米線(xiàn)很難實(shí)現寬帶可調諧激光輸出。因此，需要探索新的制備方案和機理，以?xún)?yōu)化鈣鈦礦納米線(xiàn)的形貌結構、晶體質(zhì)量以及增益區間，從而實(shí)現寬帶可調諧的微納激光輸出。
在該項研究中，研究人員首先通過(guò)改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備了高質(zhì)量鈣鈦礦納米線(xiàn)狀微腔，然后基于陰離子固相遷移反應在單根納米線(xiàn)上成功實(shí)現了寬帶隙可調熒光發(fā)光。結合密度泛函理論，研究人員解析了鈣鈦礦納米結構中陰離子遷移的原子路徑，揭示了離子遷移的基本過(guò)程并闡明其離子遷移的來(lái)源——小的離子遷移激活能，為材料離子遷移、相分離及光學(xué)性質(zhì)的研究奠定了堅實(shí)的理論及實(shí)驗基礎。動(dòng)力學(xué)實(shí)驗進(jìn)一步佐證了理論結果，隨著(zhù)反應時(shí)間的變化，單根納米線(xiàn)歷經(jīng)三個(gè)主要過(guò)程：首先，由發(fā)光一致的納米線(xiàn)逐漸變化為帶隙可調納米線(xiàn)；然后，納米線(xiàn)整體帶隙可調，但是其帶隙隨著(zhù)反應時(shí)間增加而減??；最后，納米線(xiàn)被整體同化，轉化為發(fā)光一致的納米線(xiàn)，但整體發(fā)光波長(cháng)較開(kāi)始階段紅移。實(shí)現的納米線(xiàn)狀微腔具備規則的幾何結構、光滑的表面及寬帶可調諧特性，可同時(shí)作為增益介質(zhì)及光學(xué)微腔，進(jìn)而實(shí)現單根納米線(xiàn)寬帶可調諧激光輸出，實(shí)驗上成功獲得了480-525 nm的寬帶可調諧微納多色激光。
該項研究解析了鈣鈦礦納米結構中離子遷移的原子路徑、基本過(guò)程、動(dòng)力學(xué)特征及化學(xué)機制，并利用單根納米線(xiàn)狀微腔實(shí)現了寬帶可調諧激光輸出，為分析鈣鈦礦材料離子遷移與光電性能的聯(lián)系等提供了堅實(shí)的理論及實(shí)驗基礎，進(jìn)一步推進(jìn)了高品質(zhì)寬帶可調諧微納多色納米激光器的研究進(jìn)展。
相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金委、上海市青年拔尖項目等的支持。
微腔調制的寬帶可調諧微納多色激光
