近期，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研究團隊與中國科學院大學杭州高等研究院合作，在鹵化物鈣鈦礦薄膜單模激光器研究方面取得了進展。相關研究成果以Ionic Solvent-Assisted MAPbBr₃ Perovskite Film for Two-Photon Pumped Single-Mode Laser為題，發表在《物理化學快報雜志》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上。

納米級的小型化相干光源是光子集成回路的核心。當激光器的體積接近衍射極限時，便需要權衡激光性能及其物理尺寸之間的關系，而這使得亞波長尺度的全介質激光器較難實現。特別是對于鈣鈦礦薄膜激光器來說，通常需要一個復雜的外部腔體來提供光反饋。

本研究使用新穎的離子液體醋酸甲胺（MAAc）作為鈣鈦礦前驅體溶劑，在大氣環境中通過一步法旋涂制備了具有大晶粒、低缺陷的鈣鈦礦薄膜。相比于傳統的反溶劑方法制備的鈣鈦礦薄膜，離子液體輔助制備的鈣鈦礦薄膜的烏爾巴赫帶尾能量從81.4 meV降低至49.7 meV，結晶質量明顯提升，熒光強度增大2倍，增益系數從285 cm^-1提升至 638 cm^-1。該研究結合300nm厚度的增益介質，采用60nm厚度的紫外膠層和石英襯底，構建了“三明治”結構，在室溫下實現了雙光子激發的閾值僅為261.2 uJ/cm²的單模激光發射，具有高達78.6%的偏振度和0.35 nm的窄線寬。這一結構緊湊、簡單的亞波長鈣鈦礦激光器，有望為未來集成小型化芯片光源提供可行的解決方案和有效的策略。

研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和上海市“科技創新行動計劃”的支持。

論文鏈接

離子液體輔助鈣鈦礦薄膜的激光特性