中国科学院上海光学精密机械研究所----上海光机所在钙钛矿回音壁微腔制备及其激光应用领域取得系列进展

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超强激光科学卓越创新简报

(第四百二十九期)

2023年10月9日

上海光机所在钙钛矿回音壁微腔制备及其激光应用领域取得系列进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所红外光学材料研究中心董红星研究员和张龙研究员团队与中国科学技术大学合作研究小组在钙钛矿回音壁(WGM)微腔制备及其激光应用领域取得了系列进展，分别实现了高品质的蓝光单模激光和高容量的防伪标签。相关研究成果以“Blue Perovskite Single-Mode Lasing in Rubidium Lead Bromide Microcubic Cavity”为题发表在Photonics Research上。

金属卤化物钙钛矿具有较高的光学增益系数、可调的光学带隙、易于加工等优势，因此成为WGM微腔激光器的理想增益介质材料。目前，钙钛矿微纳激光器在绿光、红光乃至红外范围内均展现出了优异的激射性能，但由于基于卤素掺杂和量子尺寸效应实现蓝光的方法难以实现稳定蓝光输出，蓝光激光器的研究进展依然缓慢，阻碍了其在全谱发光领域的商业化应用，因此拓宽蓝光钙钛矿种类并提高蓝色激光器性能至关重要。

图1 RbPbBr₃立方微腔激射特性。

为此，该团队通过化学气相沉积法、一步法合成了高质量的RbPbBr₃蓝色钙钛矿立方体。团队研究了温度对材料形貌的影响，分析了立方体的形成机理。立方体的表面光滑平整、结构规则、尺寸可控、结晶度高，可以作为天然的WGM光学谐振腔，在光泵浦激发下获得了高品质、窄线宽、低阈值、线偏振性好、高稳定性的蓝色单模激光输出。此外，利用A 位阳离子工程实现对材料带隙进行调谐，实现蓝光到绿光波段范围的可调谐的单模激光输出。

另一方面，该团队还提出了一种基于钙钛矿WGM微腔阵列的防伪标签，随机性是通过蒸汽诱导的微腔变形引入的。通过飞秒激光加工技术，制造出了具有位置规则和尺寸统一的钙钛矿微盘激光阵列。通过引入蒸汽熏蒸来诱导每个激光腔的随机变形，获得了具有激发阈值和激光信号完全随机的激光阵列。作为一个概念验证，该团队证明了该随机化的激光阵列可以提供定点和随机的激光信号，以促进信息编码。此外，通过改变泵浦能量密度可以实现不同发射状态的激光信号，以反映更高容量的信息。一个分辨率为5×5像素的防伪标签表现出非常高的编码容量（1.43×10⁴⁵），使其成为实现高效认证和高安全性防伪标签的有希望的候选者。