近日，上海光機所中科院強激光材料重點實驗室張龍研究員、董紅星副研究員領銜的微結構光物理研究小組在光學諧振腔研究領域取得重要進展。研究小組在國際權威學術期刊 “ACS Nano”上發表題為“Single-Mode Lasers based on Cesium Lead Halide Perovskite Sub-Micron Spheres”的原創研究論文[ACS Nano 2017, DOI:10.1021/acsnano.7b04496，影響因子13.942]，其研究成果得到審稿人一致高度評價。科研人員在單個微球三維結構諧振腔中首次實現了高品質、低閾值、窄帶寬的單模激光輸出，並且其激射範圍可成功覆蓋整個可見光區，研究成果將推動該研究領域的進一步進展。
圖1 球形微腔激射特性。(a) 諧振腔結構示意圖, (b)單模激光輸出, (c)低激射閾值, (d)單模激光相幹性。
圖2 寬帶可調諧單模激光可控輸出
光學微腔是指至少在一個維度尺寸上處於波長量級的光學諧振腔，光場在其中可以形成一係列的駐波，從而實現對光的有效調控，在低閾值激光器、腔量子電動力學、生物探測和高性能濾波器等領域具有廣泛應用。納米激光器作為光學微腔的重大應用之一，在光電集成、光子計算機、量子信息、集成量子芯片等領域具有重大應用前景，因而成為近幾十年來國際學術界研究的焦點之一。然而，實際研究過程中，納米激光器激光輸出的單色性一直很差，並且不同於傳統的激光係統，在納米尺度上對激光進行單一頻率模式構建非常困難，尤其是利用減小微腔尺寸實現單模激光輸出，麵臨著無法避免的光損耗過大的問題，對微腔品質和材料具有極其高的要求，因此，到目前為止微納光學諧振腔通過尺寸減小實現單模激光輸出鮮有報道。
本次研究中，科研人員基於改進的氣相傳輸冷凝技術，成功製備出了高品質亞微米尺度三維球形鈣鈦礦諧振腔，球形微腔表麵光滑、結構規則、尺寸可控，基於顯微熒光拉曼光譜係統對單個諧振腔進行研究，得到了高品質、低閾值、窄帶寬的單模激光輸出（圖1），與同類微型激光器相比，其各項性能（品質因子、線寬、閾值）均處於領先地位，尤其在如此小的微腔模式體積下，單模激光品質因子優於目前報道的自然合成的微納結構光學諧振腔。 更重要的是，基於鈣鈦礦的寬帶隙可調特性，通過調節鹵素配比首次實現了全可見光譜的單模激光可控輸出（圖2），從理論和實驗上對微腔調諧特性進行了分析，闡明其內在物理機製，對於多色納米激光器的研究以及激光顯示、照明等的應用具有重要研究意義。
該項研究得到了國家自然科學基金、上海市青年科技啟明星A類以及中科院青年創新促進會等資金的支持。（中科院強激光材料重點實驗室供稿）
本次研究中，科研人員基於改進的氣相傳輸冷凝技術，成功製備出了高品質亞微米尺度三維球形鈣鈦礦諧振腔，球形微腔表麵光滑、結構規則、尺寸可控，基於顯微熒光拉曼光譜係統對單個諧振腔進行研究，得到了高品質、低閾值、窄帶寬的單模激光輸出（圖1），與同類微型激光器相比，其各項性能（品質因子、線寬、閾值）均處於領先地位，尤其在如此小的微腔模式體積下，單模激光品質因子優於目前報道的自然合成的微納結構光學諧振腔。 更重要的是，基於鈣鈦礦的寬帶隙可調特性，通過調節鹵素配比首次實現了全可見光譜的單模激光可控輸出（圖2），從理論和實驗上對微腔調諧特性進行了分析，闡明其內在物理機製，對於多色納米激光器的研究以及激光顯示、照明等的應用具有重要研究意義。
該項研究得到了國家自然科學基金、上海市青年科技啟明星A類以及中科院青年創新促進會等資金的支持。（中科院強激光材料重點實驗室供稿）
圖1 球形微腔激射特性。(a) 諧振腔結構示意圖, (b)單模激光輸出, (c)低激射閾值, (d)單模激光相幹性。
圖2 寬帶可調諧單模激光可控輸出
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