近日，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(yu) 華中科技大學、深圳大學合作，以激光小型化為(wei) 牽引，基於(yu) 新型增益介質發光原理與(yu) 機製的探索，將室溫亞(ya) 波長微納激光器件的尺寸推進到50 nm，相關(guan) 研究成果發表在ACS Nano上。

片上光子信息處理係統對納米尺度上的優(you) 良相幹小型化光源提出了迫切需求。然而，當接近亞(ya) 波長或深亞(ya) 波長尺度時，微型激光器的最小尺寸和性能之間存在一個(ge) 基本的平衡。為(wei) 了克服這種權衡，該工作研發了一種激光尺寸僅(jin) 為(wei) ~50nm的新型亞(ya) 波長鈣鈦礦微納激光器。準二維鈣鈦礦具有強的束縛電子-空穴對（激子）和一個(ge) 天然的能級梯度，利於(yu) 激子在最低能帶隙量子阱聚集，從(cong) 而實現粒子數反轉。研究使用飛秒瞬態吸收光譜揭示了鈣鈦礦薄膜增益介質的發光動力學機製，發現高達558cm-1的淨增益壽命約50ps，並分析了超快級聯能量傳(chuan) 輸和單線態及三線態激子等對增益的貢獻。受其優(you) 異增益特性的啟發，科研人員結合40 nm的增益介質，采用10 nm厚的紫外膠及SiO2基底構成的超簡“三明治”構造，在室溫下實現了激光尺寸僅(jin) 為(wei) 50 nm的單模皮秒激光發射，且其線偏振度高達81%，雙光子及單光子激發閾值僅(jin) 為(wei) ~143μJ/cm2和10.5μJ/cm2。該激光器在4.8×106個(ge) 飛秒激光脈衝(chong) 持續激發下，仍表現出良好的穩定性。特別是在亞(ya) 波長尺度下，其品質因子高達1635，在鈣鈦礦垂直腔麵發射激光器當中居於(yu) 前列，並在傳(chuan) 統全介質微納激光中表現優(you) 異。

2018年，上海光機所首次將鈣鈦礦微納激光的尺寸發展到亞(ya) 波長尺度（ACS Nano2018, 12, 6, 5923–5931），此次工作將此類激光的尺寸進一步發展到深亞(ya) 波長尺度，結合該研究中率先發展的簡單“三明治”結構，有望推動鈣鈦礦激光器的發展進程和片上集成小型化光源的應用。

研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專(zhuan) 項（B類）、上海市優(you) 秀學術/技術帶頭人計劃等的支持。

準二維鈣鈦礦薄膜發光動力學及激光特性