Högpresterande mikro-/nanostrukturlasrar, som multifunktionella optiska källkomponenter, är av stor betydelse för optoelektroniska enheter. Mot detta mål, forskare i Kina uppfann en högeffektiv, ultrastabil, billig billig quantum dot-mikrolaser, som kan användas även vid 450 K, den högsta driftstemperaturen för quantum dot -lasrar. Den innovativa tekniken främjar sin utveckling väsentligt från basprestandastudien till senior praktisk kompatibilitet för lågtemperaturmikrolaser med hög temperatur och förutsägbar kommersialisering.

Lågdimensionella kolloidala kvantprickar (CQD) har väckt betydande uppmärksamhet på grund av deras unika strukturer, extraordinära optiska egenskaper, och förberedande processer till låg kostnad. Sedan deras första syntes på 1990 -talet, motivation att realisera högpresterande lågkostnad CQD-mikro-/nanolasers har varit en drivkraft i mer än tre decennier. Dock, låg packningstäthet, ineffektiv koppling av CQD med optiska håligheter, och den dåliga termiska stabiliteten hos miniatyriserade komplexa system gör det utmanande att uppnå praktiska CQD-mikro-/nanolaser, särskilt för att kombinera den kontinuerliga arbetsförmågan vid höga temperaturer och lågkostnadspotentialen med massproducerad syntesteknik. Därav, för att effektivt lösa ovanstående nyckelproblem krävs nya idéer som skiljer sig från traditionell CQD -laserforskning.

I en ny artikel publicerad i Ljusvetenskap och applikationer , ett team av forskare, ledd av professor Hongxing Dong och professor Long Zhang från Key Laboratory of Materials for High-Power Laser, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Kinesiska vetenskapsakademien, Kina, och medarbetare har utvecklat en ny monteringsteknik kombinerad med solgel-metoden för att tillverka CQD-monterade mikrosfärer (CQDAM) stelnade i en kiseldioxidmatris, vilket inte bara garanterar att CQDAMs fungerar stabilt vid höga temperaturer utan också löser problemen med att få packningstäthet och kopplingseffektivitet.

Forskare uppnådde först enlägeslasning baserat på stelnade CQDAM med operativa temperaturer upp till 450 K. Hittills har detta är den högsta driftstemperaturen för CQD -mikrolasare. Även om de kontinuerligt arbetar i en sådan högtemperaturmiljö, den stabila utmatningen av laserpulser kan bibehållas i 40 minuter. Genom att ändra sammansättning och/eller storlek på CQD, enlägeslasning kan utökas till hela det synliga spektralområdet. Dessutom, den lösningsbearbetbara metoden har fördelarna med låg kostnad och potential för massproduktion. Det kräver inte komplex optisk kavitetsbehandling, vilket innebär att ingen dyr utrustning eller extremt komplex bearbetning krävs. Under tiden, dessa CQDAM-lasrar kan i hög grad integreras i ett mikrosubstrat, och även tillämpligt på andra typer av halvledarnanopartiklar, som främjar förutsägbart kommersiellt användningsvärde i högtemperatur lågkostnad mikrointegrerade optoelektroniska enheter.

Inom forskningsområdet mikro-/nanolasers enheter, högpresterande lågpris CQD-laser är ett viktigt hett ämne. Tyvärr, utvecklingen är uppenbarligen hysterisk med tanke på samexistensen av utmaningar på flera nivåer, det är, (1) det grundläggande kravet på utmärkt laserprestanda; (2) reklamförmågan att uppfylla ansökningsvillkoren, såsom kontinuerligt arbete med hög stabilitet, tillämpbarhet i högtemperaturmiljöer; (3) kombinationen av produktionsfördelar med låg kostnad och meriterna i tidigare punkter (1), (2). Dessa forskare sammanfattar de ursprungliga designidéerna för sina mikrolasare:

"Ur vinstmediernas synvinkel, de självmonterade CQD:erna når nästan den höga förpackningstätheten, säkerställa tillräcklig optisk förstärkning. Ur ljuskopplingens synvinkel, sådana CQDAM -prover används både som förstärkningsmaterial och som optiska mikrokaviteter, förbättrar ljuskopplingseffektiviteten fullt ut. Ur optisk kavitets prestanda, den sfäriska WGM -mikrokaviteten kan effektivt förbättra inneslutningsförmågan hos kavitetsfotoner. För ett CQDAM -prov med en volym på cirka 1 μm ^-3 , det kan bara vara ett enda resonansläge som påverkas i emissionsvåglängdsområdet. Dock, Q -faktorn för operativt läge kan vara 10 ⁴ . Viktigast, Vi kombinerar dessa tre fördelar med olika aspekter tillsammans i CQDAM -provet. "

"Förutom ovanstående laserparametrar, laserstabiliteten vid hög temperatur är också en viktig aspekt relaterad till kommersialiseringspotential. Värmeavledningsproblemet är en inneboende och oundviklig svårighet för nästa generation av mikrochipintegrerade laserenheter. I det här arbetet, den operativa temperaturen för CQD -mikrolaser demonstreras till 450 K. Dessutom har CQDs mikrolaser kan integreras med hög densitet och utmärkt arbetsförmåga även vid en så hög temperatur. Dessutom, vår unika men generiska tillverkningsmetod för CQD -mikrolasare är mycket attraktiv och lovande ur en kommersiell synvinkel där den kraftigt kan minska tillverkningskostnaderna och förenkla tillverkningsprocessen, vilket gynnar deras storskaliga industriproduktion. Med andra ord, denna mycket effektiva lösningsförberedande process behöver inte komplexa behandlingstekniker och dyr bearbetningsutrustning, kostnaderna är främst lågprismaterialen. Denna kostnadseffektiva tillverkningsbarhet och flexibla integrationskapacitet bana en ny väg och lovar en stor potential i utvecklingen av CQD-mikrolasare från laboratorium till industrialisering, "tillade de.

"Dessutom, ända sedan den första demonstrationen av stimulerat utsläpp från CQD, strävan efter elektriskt pumpad CQD -laser har blivit föremål för intensiv forskning. Intressant, våra CQDAM kan fungera som både ett förstärkningsmedium och en optisk kavitet, som lätt kan införlivas i den elektroluminescerande arkitekturen som ett emitterande skikt för att möjliggöra elektriskt pumpade nanolaser. Faktiskt, förverkligandet av en elektroinducerad mikrolaser är en stor utmaning, och mer komplexa problem måste lösas, vilket också är en viktig del av vår framtida forskning, "förutspår forskarna.