热蒸发准二维钙钛矿薄膜随机激光及无散斑激光成像

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室与国科大杭州高等研究院和山东大学合作，在热蒸发准二维钙钛矿薄膜随机激光及无散斑激光成像应用方面取得进展，相关成果以“Random lasing from thermally evaporated quasi-two-dimensional perovskite film for speckle-free imaging”为题发表于ACS Photonics。

准二维钙钛矿由于其天然的多量子阱结构和显著的稳定性，被认为是高性能微纳激光器件理想的增益介质之一。热蒸发技术易实现精度可控的大面积生产，已在商业化发光二极管中取得了巨大成功，是推动钙钛矿激光器商业化进程中一种很有前景的补充方案。然而，由于热蒸发过程中快速且不可控的结晶过程，导致钙钛矿薄膜缺陷较多，增益性能较差，大大影响其激光性能。

针对上述问题，研究人员通过优化热蒸发工艺，制备了高增益准二维钙钛矿薄膜。结合时间分辨荧光光谱和瞬态吸收光谱技术，观察到多量子阱结构内部超快的激子能量转移（0.25 ps），阐明其内部的激子和自由载流子竞争机制，并分析了超快激子转移、高效率双分子辐射复合过程（93.1%）是促成长增益寿命（66.5 ps）和高增益系数（1071 cm-1）的原因，这有利于粒子数反转和光放大。最终，基于准二维钙钛矿薄膜的优异增益特性，研究人员实现了低阈值随机激光器及低散斑对比度的高质量无散斑激光成像应用。这项工作不仅为制备高效的热蒸发钙钛矿微纳激光器件提供了宝贵的指导，而且证实了热蒸发钙钛矿薄膜用于高性能随机激光器和无散斑成像系统的可能性。

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图1. 热蒸发准二维钙钛矿薄膜随机激光及无散斑成像示意图

相关工作得到了国家重点研发计划、上海市基础研究试点计划、国家自然科学基金、浙江省科技厅和浙江省杭州市科学技术局的资助和支持。

相关链接：https://doi.org/10.1021/acsphotonics.3c01826