近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室與國科大杭州高等研究院和山東大學合作，在熱蒸發準二維鈣鈦礦薄膜隨機激光及無散斑激光成像應用方面取得進展，相關成果以“Random lasing from thermally evaporated quasi-two-dimensional perovskite film for speckle-free imaging”為題發表于ACS Photonics。
 

　　準二維鈣鈦礦由于其天然的多量子阱結構和顯著的穩定性，被認為是高性能微納激光器件理想的增益介質之一。熱蒸發技術易實現精度可控的大面積生產，已在商業化發光二極管中取得了巨大成功，是推動鈣鈦礦激光器商業化進程中一種很有前景的補充方案。然而，由于熱蒸發過程中快速且不可控的結晶過程，導致鈣鈦礦薄膜缺陷較多，增益性能較差，大大影響其激光性能。
 

　　針對上述問題，研究人員通過優化熱蒸發工藝，制備了高增益準二維鈣鈦礦薄膜。結合時間分辨熒光光譜和瞬態吸收光譜技術，觀察到多量子阱結構內部超快的激子能量轉移(0.25 ps)，闡明其內部的激子和自由載流子競爭機制，并分析了超快激子轉移、高效率雙分子輻射復合過程(93.1%)是促成長增益壽命(66.5 ps)和高增益系數(1071 cm-1)的原因，這有利于粒子數反轉和光放大。最終，基于準二維鈣鈦礦薄膜的優異增益特性，研究人員實現了低閾值隨機激光器及低散斑對比度的高質量無散斑激光成像應用。這項工作不僅為制備高效的熱蒸發鈣鈦礦微納激光器件提供了寶貴的指導，而且證實了熱蒸發鈣鈦礦薄膜用于高性能隨機激光器和無散斑成像系統的可能性。
 

　　相關工作得到了國家重點研發計劃、上海市基礎研究試點計劃、國家自然科學基金、浙江省科技廳和浙江省杭州市科學技術局的資助和支持。
 

圖1. 熱蒸發準二維鈣鈦礦薄膜隨機激光及無散斑成像示意圖