Nature Materials：胶体量子点实现可调液态激光器

知光谷 · 公众号 · · 2024-11-29 08:58

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研究背景

液态激光器是基于液态增益介质产生激光的器件，因其光谱调谐范围宽、增益系数高等优势在科研与诊断领域受到广泛关注。然而，传统液态激光器主要依赖有机染料，这类染料激光器因三重态非辐射猝灭和高泵浦强度下的材料降解问题，导致性能和稳定性受限，同时需要复杂的循环系统以缓解这些问题，这显著增加了器件的复杂性和体积。

有鉴于此，研究人员开始探索使用胶体量子点（QDs）替代有机染料作为液态激光增益介质的可能性。量子点因其尺寸可调的光学特性和较高的化学稳定性，被认为是染料激光器的潜在替代品。然而，传统量子点面临快速非辐射奥吉尔复合的问题，这种复合效应显著缩短了光学增益寿命，导致液态量子点样品难以达到激光阈值浓度，从而限制了其应用。

为解决这一挑战，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室Donghyo Hahm，Victor I. Klimov团队在“Nature Materials”期刊上发表了题为“Colloidal quantum dots enable tunable liquid-state lasers”的最新论文。科学家提出使用类型（I+II）量子点，这种量子点通过形成混合双激子状态，显著抑制了奥吉尔复合效应，延长了光学增益寿命。

研究表明，基于类型（I+II）量子点的静态液态溶液结合Littrow光学腔，可以实现从634nm到575nm波长范围内稳定的激光输出。这一研究为开发无需循环系统的紧凑型液态激光器提供了新路径，并展示了通过调控量子点结构实现广泛光谱可调性的潜力。