胶体量子点技术的突破将重振液体激光器领域，在光流体学、芯片实验室设备以及高对比度传感和成像方面具有广阔的应用前景。
近日，洛斯阿拉莫斯领导的研究团队利用胶体量子点（纳米级半导体晶体）的光学特性的多功能性来开发光学增益介质，从而实现液体形式的光放大和光谱可调激光。
洛斯阿拉莫斯纳米技术和高级光谱团队负责人兼项目首席研究员Victor Klimov说道：
我们团队开发的
(I+II)
型量子点具有独特的特性，使其能够作为液体激光器中高度灵活、非常稳定的光增益材料。至关重要的是，通过控制俄歇复合的进步，我们实现了强大且长寿命的光增益，将(I+II)型量子点定位为非常适合各种光子应用的介质，包括固态和液态激光器。
通过设计一种分区量子点结构，即I+II型异质结构，洛斯阿拉莫斯的科学家们几乎完全抑制了俄歇复合，这是一种非辐射过程，与受激光子发射相竞争，因此使激光的实现变得复杂。这一进展有助于实现可在前所未有的宽光谱范围内调谐的液态量子点激光。这些激光器还表现出稳定的运行，无需传统液体染料激光器特有的循环系统，这有可能导致创建更简单、更紧凑的设备，这些设备易于与各种光学和电光系统集成。
使用液态量子点溶液实现激光发射比使用量子点固体实现激光发射更为复杂。在液体介质中，量子点浓度比密集堆积的薄膜中低得多，这会减慢受激发射的速度，使其与非辐射俄歇过程的竞争力下降。因此需要非常强烈地抑制俄歇复合。
为了实现这种抑制，洛斯阿拉莫斯的研究人员将量子点内部分为一个主要（“直接”）隔室和一个次要（“间接”）隔室。后者从主要隔室中提取一个电子，形成一个由一个负电子和两个正空穴组成的不对称带正电的光增益状态。与激光中通常使用的两电子空穴对状态相比，这种状态的俄歇衰变路径较少，因此俄歇复合速度较慢。
博士后
研究员Donghyo Hahm说道：
复杂异质结构的创建扩展了我们控制量子点材料光物理特性的能力，利用(I+II)型异质结构实现长寿命光学增益使得即使在低量子点浓度下也能放大光。
为了实现液体激光器，该团队将
I+II
型量子点溶液加入
Littrow
型光学腔中，这种光学腔通常用于传统的基于分子染料的液体激光器。
该腔包含一个衍射光栅，可根据光的波长以不同的角度反射光。
因此，可以通过改变光栅相对于激光轴的角度来轻松调整光学腔的谐振波长。
通过在新设计中使用单个量子点样本，该团队实现了稳定的激光发射，该波长可同时通过两种激光染料的激光窗口进行调谐。通过使用较小的量子点样本，他们可以将整个激光窗口移向较短的波长，达到另一种染料的工作波长。重要的是，量子点保持了稳定的激光性能，而无需现有染料激光器所需的繁琐且不方便的循环系统。
博士后研究员
Valerio Pinchetti
表示：
与现有的染料系统相比，消除循环应该可以简化激光器的设计，并减少设备的占地面积，这为新的激光产品打开了大门，包括紧凑型波长转换器（独立式和集成式），增益介质易于更换。消除循环还可以减少与意外飞溅相关的安全问题，扩大目前受安全法规限制的领域的应用范围。
