近日，中國科學院上海光學精密機械研究所激光與(yu) 紅外材料實驗室由研究員張龍、研究員董紅星領銜的微結構光物理研究團隊與(yu) 華東(dong) 師範大學、湖南大學等國內(nei) 研究機構合作，在膠體(ti) 量子點高溫單模激光器研究領域取得重要進展。研究團隊首次提出基於(yu) 膠體(ti) 量子點自組裝微腔固化實驗方案，成功開發了超穩定、低成本、高品質、寬帶可調諧的高溫單模激光器。相關(guan) 研究成果發表於(yu) 《光：科學與(yu) 應用》 （Light: Science & Applications）。

　　微納結構激光器作為(wei) 一種小型化的強光源，在全光學芯片，高像素全彩顯示器和便攜式光通信設備中具有重要意義(yi) 和廣泛應用。自上個(ge) 世紀九十年代首次合成膠體(ti) 量子點以來，由於(yu) 其獨特的結構、非凡的光學特性以及低製備成本而受到廣泛關(guan) 注。三十多年來，開發基於(yu) 膠體(ti) 量子點的高性能低成本微納激光器一直是研究人員所追尋的目標。然而，相關(guan) 研究卻由於(yu) 多重挑戰並存而遲滯不前。包括對激光器優(you) 異激光性能的基本追求，更進一步滿足連續工作穩定性和高溫環境實用性等實際應用條件的能力以及對最終麵向低成本大規模生產(chan) 的商業(ye) 潛力適配性。近年來，盡管研究人員投入了大量精力並取得了一定進展，但是當前的量子點激光器研究水平仍處於(yu) 初始階段，主要集中在如何獲得高品質因子、窄線寬和低閾值等優(you) 異激光性能。即便如此，目前的量子點激光器仍麵臨(lin) 著增益介質堆積密度較低、量子點與(yu) 光學腔耦合效率低下以及微型化複雜係統的熱穩定性差等諸多核心問題迫切需要解決(jue) 。

　　研究團隊首次創新的提出基於(yu) 膠體(ti) 量子點自組裝與(yu) 溶膠-凝膠固化相結合的技術方案，製備了嵌入二氧化矽基質的量子點自組裝光學微球腔，以此打破當前量子點激光器的研究瓶頸。首先，研究人員在這種高增益介質堆積密度、量子點與(yu) 光學腔高效耦合的微球結構中獲得了高品質因子、窄線寬和低閾值的優(you) 異單模激光性能。進一步的，基於(yu) 二氧化矽基質的優(you) 異穩定性，研究人員首次將膠體(ti) 量子點激光器的工作溫度提升到450 K，獲得了長效穩定輸出的高溫量子點單模激光器，這也是目前所報道的最高工作溫度。通過調節膠體(ti) 量子點的組分和尺寸，高溫單模激光甚至可以擴展到整個(ge) 可見光譜範圍。此外，如何解決(jue) 散熱問題是下一代高度集成化光電子器件固有的、不可避免的難題，該項研究為(wei) 實現小型化光電子元器件的高溫穩定運行提供了直接解決(jue) 方案。更重要的是，這種創新的溶液可加工技術方案相比於(yu) 傳(chuan) 統的設備昂貴、工藝複雜、製備周期長的外加光學腔加工方法，其在室溫液相條件下即可進行，方法簡單、易於(yu) 操控並且可大規模批量化生產(chan) ，所開發的微型激光器可高密度集成在微型基板中，有望構建經濟型超亮片上光源。綜上，該研究工作獨辟蹊徑，突破了當前量子點激光器工作的研究瓶頸，實質性的推動了量子點微納激光器從(cong) 基礎性能研究向實用化、商業(ye) 化的發展，為(wei) 新型微納結構激光器、高溫微型器件和小型化光學傳(chuan) 感器、低成本光通信設備和集成光子芯片等研究提供了新的思路。

　　圖1 膠體(ti) 量子點激光器研究所麵臨(lin) 的三大核心問題以及相應解決(jue) 方案

　　圖2 可集成的高溫寬帶可調諧膠體(ti) 量子點單模激光器