原位制备钙钛矿量子点的连续激光发射研究

【作者】 王雷； 陈岚； 黄胜； 吴显刚； 戴光； 邓罗根； 韩俊波； 邹炳锁； 张春峰； 钟海政；

【机构】 北京理工大学材料学院； 南京大学物理学院； 北京理工大学物理学院； 华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心；

【摘要】 可片上集成的连续激光器是集成光子器件的核心部件之一^[1]。连续激光的实现依赖于增益材料的发展。目前,适用于集成光子器件应用的连续激光器主要以外延生长的Ⅲ-Ⅴ族半导体激光器为主,该类激光器制备工艺复杂、成本高且无法应用于柔性器件。钙钛矿量子点（PQD）是一类重要的发光材料,可溶液法制备,具有制备工艺简单、制造成本低廉、发光波长可调、半峰宽窄等优点^[2]。钙钛矿量子点光学膜可以通过直接涂敷前驱体的方式原位制备[3],适合片上和柔性集成。在本工作中,我们选用聚丙烯腈（PAN）作为聚合物基质,使用原位制备技术,制备出了具有优异光学和热学性能的钙钛矿量子点/聚合物复合光学膜。该光学膜具有极高的荧光量子点产率（绿光膜量子产率>95%）,高的热导率(室温下导热系数≈1.2 W m^-1K^-1)和极平整的膜表面（1.9μm膜厚下,膜的均方根粗糙度≈0.784 nm）。同时,在丙烯腈分子包裹下,钙钛矿量子点产生"电子-空穴分离"效应,有效减少量子点的自吸收。使用该光学膜作为增益介质,结合DFB光学腔,我们实现了极低阈值、颜色可调、室温工作的钙钛矿量子点连续激光发射。绿光、红光和蓝光连续激光的阈值分别为15 W/cm2、24 W/cm2和58 W/cm²。本文报道的连续激光阈值比CdSe类量子点连续激光的阈值低一个数量级,为实现低阈值胶体量子点连续激光及其片上集成应用提供了新的思路。更多还原