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超强激光科学卓越创新简报
(第一百十六期)
2020年6月30日
上海光机所在银铟硫量子点的自发辐射放大效应方面取得新进展
  近期,由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和重庆大学合作研究小组通过使用银铟硫量子点作为增益介质,首次成功获得了放大的自发辐射作用,同时具有良好增益性能,相关成果发表在《材料化学学报C》(J. Mater. Chem. C.
  由溶液法制备的一三五族量子点具有优异的光电特性,由于其化学易加工性,良好的稳定性,生物相容性,带隙可调和吸收系数高等优异特性,因此广泛应用在太阳能电池、光催化剂、光电探测器、热电荧光生物分子标签和发光二极管中。与目前流行的钙钛矿材料相比,一三五族量子点具有无毒且环保的优点。然而,利用这种材料作为光放大装置的增益介质的研究仍然很匮乏,从而限制其进一步的应用前景。
  研究团队探索了一三五族胶体量子点的受激特性,即自发辐射放大性能。 通过将两个高反射性布拉格反射镜作光学谐振腔,结合具有高光致发光量子产率(52%)的银铟硫量子点作为增益介质,成功地实现了光放大效应。此外,为了优化银铟硫量子点的自发辐射放大的性能,研究团队调节布拉格反射镜的层数以找到更好的器件结构。通过比较不同器件结构的光放大的阈值和半高全宽发现,七层布拉格反射镜是理想的器件结构。银铟硫量子点的自发辐射放大特性展现了良好的光学性能,显示出窄的只有3.5纳米的半高全宽,低至31.58微焦每平方厘米的阈值。相关研究揭示了传统银铟硫量子点作为光放大资源的重大可行性,有效设计布拉格光学微腔在光放大方面具有巨大的应用前景。
  相关工作得到了中科院战略重点研究计划,中国国际科技合作计划,国家自然科学基金以及高场激光物理国家重点实验室开放基金的支持。(强场激光物理国家重点实验室供稿)
(a) 银铟硫量子点的透射电子显微镜图像;(b) 整个器件的原理图;(c)器件的光谱随着激发光强度的变化;(d) 光致发光谱强度随着泵浦光强度增强的变化图。
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