近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員吳凱豐(feng) 團隊在膠體(ti) 量子點激光研究中取得新進展。團隊采用膠體(ti) 量子點溶液作為(wei) 增益介質，通過法布裏-珀羅諧振腔耦合及雙脈衝(chong) 泵浦設計，開發出連續穩定工作10天以上、能量轉化效率大於(yu) 17%的量子點液體(ti) 激光器。相關(guan) 成果分別發表在《科學進展》和《美國化學會(hui) ·納米》上。

激光器的熱管理能力是決(jue) 定其最大輸出功率的關(guan) 鍵因素。與(yu) 固體(ti) 激光器相比，液體(ti) 激光器可以通過循環散熱，具有優(you) 異的功率放大優(you) 勢。量子點是一種在溶液相合成的納米晶體(ti) ，其發光波長可通過元素組成和尺寸進行連續可調，具備成為(wei) 理想液體(ti) 激光增益介質的基本條件。然而，過去二十餘(yu) 年的量子點激光的研究主要集中在固體(ti) 薄膜狀態，希望通過提高量子點的堆積密度來克服多激子非輻射俄歇複合導致的增益壽命淬滅問題。此外，現有研究多局限於(yu) 低激發功率下的光譜的壓窄和強度的突變表征，鮮有關(guan) 於(yu) 輸出功率和能量轉化效率的報道，其實際應用前景並不清晰。

本研究中，團隊以鉛鹵鈣鈦礦量子點材料作為(wei) 研究對象。針對鈣鈦礦材料熱穩定性欠佳，其固態器件因無法進行有效熱管理而導致快速的熱衰退，降低鈣鈦礦激光器連續運行時間的問題，團隊開發了基於(yu) CsPbBr3和CsPbI3鈣鈦礦量子點溶液的液體(ti) 激光器。通過將量子點溶液與(yu) 法布裏-珀羅諧振腔耦合，團隊在納秒脈衝(chong) 準連續波的泵浦下實現了穩定的激光輸出，激光波長分別為(wei) 537nm與(yu) 690nm。通過調節鹵素離子組成，原則上可實現400至700nm光譜範圍的連續可調諧激光輸出。更重要的是，通過循環散熱，該激光器在連續運行10天後，仍保持穩定的激光性能，未表現任何形式的性能衰退，證明了液體(ti) 激光是實現鈣鈦礦激光應用的一個(ge) 重要方向。

在此基礎上，團隊通過對CdSe/ZnSe/ZnS核殼結構量子點進行殼層組分連續漸變設計，有效抑製了多激子俄歇效應，延長了量子點的光增益壽命。結合雙脈衝(chong) 泵浦的策略，團隊進一步規避了由俄歇衰退導致的增益淬滅問題，最終實現了17.2%的能量轉化效率。此外，團隊開發的合成方法可實現單次製備超過10升的該類量子點溶液，且這些量子點在水相中同樣展現出優(you) 異的激光性能。這些結果表明，量子點液體(ti) 激光有望在未來替代穩定性較差的傳(chuan) 統有機染料激光器。