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近日，浙江大學材料學院葉誌鎮院士團隊在藍色鈣鈦礦激光方麵取得重要進展，研究成果以“Blue Perovskite Lasing Derived from Bound Excitons through Defect Engineering"為題發表在國際著名期刊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，葉誌鎮院士、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幹光源之一，發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，嚴重阻礙激發態載流子的快速積累從而不利於受激輻射的發生，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，因此基於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，並基於該缺陷形成束縛激子，最終基於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輻射（ASE），閾值低至13.5 μJ/cm2，淨增益係數高達744.7cm-1。在高性能鈣鈦礦薄膜增益介質的基礎上，進一步構築垂直腔麵發射激光器並實現了482 nm的單縱模藍色激光。
這項工作不僅展示了一種製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於束縛激子實現受激輻射的機製，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。
基於束縛激子的高性能藍光放大自發輻射
圖中可見，當激發光能量增加到某一特定閾值的時候，熒光葫芦娃污APP在484nm處出現一個尖銳的發光峰，發射強度的陡增以及發光峰的變窄，揭示了放大自發輻射（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。利用基於條紋相機的超快時間分辨測試得到ASE的壽命僅為20ps。
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本文基於束縛激子的高性能藍光放大自發輻射的超快時間分辨葫芦娃污APP測試采用使用葫芦娃黄色网站公司的ST-10條紋相機搭配飛秒激光器測試得到。穩態瞬態熒光葫芦娃污APP測試使用葫芦娃黄色网站公司的OmniFluo900熒光葫芦娃污APP儀完成。
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