近日，上海光機所中科院強激光材料重點實驗室張龍研究員、董紅星副研究員領(lǐng)銜的微結(jié)構(gòu)光物理研究小組在光學諧振腔研究領(lǐng)域取得重要進展。研究小組在國際權(quán)威學術(shù)期刊 “ACS Nano”上發(fā)表題為“Single-Mode Lasers based on Cesium Lead Halide Perovskite Sub-Micron Spheres”的原創(chuàng)研究論文[ACS Nano 2017, DOI:10.1021/acsnano.7b04496，影響因子13.942]，其研究成果得到審稿人一致高度評價?？蒲腥藛T在單個微球三維結(jié)構(gòu)諧振腔中首次實現(xiàn)了高品質(zhì)、低閾值、窄帶寬的單模激光輸出，并且其激射范圍可成功覆蓋整個可見光區(qū)，研究成果將推動該研究領(lǐng)域的進一步進展。
圖1 球形微腔激射特性。(a) 諧振腔結(jié)構(gòu)示意圖, (b)單模激光輸出, (c)低激射閾值, (d)單模激光相干性。
圖2 寬帶可調(diào)諧單模激光可控輸出
光學微腔是指至少在一個維度尺寸上處于波長量級的光學諧振腔，光場在其中可以形成一系列的駐波，從而實現(xiàn)對光的有效調(diào)控，在低閾值激光器、腔量子電動力學、生物探測和高性能濾波器等領(lǐng)域具有廣泛應用。納米激光器作為光學微腔的重大應用之一，在光電集成、光子計算機、量子信息、集成量子芯片等領(lǐng)域具有重大應用前景，因而成為近幾十年來國際學術(shù)界研究的焦點之一。然而，實際研究過程中，納米激光器激光輸出的單色性一直很差，并且不同于傳統(tǒng)的激光系統(tǒng)，在納米尺度上對激光進行單一頻率模式構(gòu)建非常困難，尤其是利用減小微腔尺寸實現(xiàn)單模激光輸出，面臨著無法避免的光損耗過大的問題，對微腔品質(zhì)和材料具有極其高的要求，因此，到目前為止微納光學諧振腔通過尺寸減小實現(xiàn)單模激光輸出鮮有報道。
本次研究中，科研人員基于改進的氣相傳輸冷凝技術(shù)，成功制備出了高品質(zhì)亞微米尺度三維球形鈣鈦礦諧振腔，球形微腔表面光滑、結(jié)構(gòu)規(guī)則、尺寸可控，基于顯微熒光拉曼光譜系統(tǒng)對單個諧振腔進行研究，得到了高品質(zhì)、低閾值、窄帶寬的單模激光輸出（圖1），與同類微型激光器相比，其各項性能（品質(zhì)因子、線寬、閾值）均處于領(lǐng)先地位，尤其在如此小的微腔模式體積下，單模激光品質(zhì)因子優(yōu)于目前報道的自然合成的微納結(jié)構(gòu)光學諧振腔。 更重要的是，基于鈣鈦礦的寬帶隙可調(diào)特性，通過調(diào)節(jié)鹵素配比首次實現(xiàn)了全可見光譜的單模激光可控輸出（圖2），從理論和實驗上對微腔調(diào)諧特性進行了分析，闡明其內(nèi)在物理機制，對于多色納米激光器的研究以及激光顯示、照明等的應用具有重要研究意義。
該項研究得到了國家自然科學基金、上海市青年科技啟明星A類以及中科院青年創(chuàng)新促進會等資金的支持。（中科院強激光材料重點實驗室供稿）
本次研究中，科研人員基于改進的氣相傳輸冷凝技術(shù)，成功制備出了高品質(zhì)亞微米尺度三維球形鈣鈦礦諧振腔，球形微腔表面光滑、結(jié)構(gòu)規(guī)則、尺寸可控，基于顯微熒光拉曼光譜系統(tǒng)對單個諧振腔進行研究，得到了高品質(zhì)、低閾值、窄帶寬的單模激光輸出（圖1），與同類微型激光器相比，其各項性能（品質(zhì)因子、線寬、閾值）均處于領(lǐng)先地位，尤其在如此小的微腔模式體積下，單模激光品質(zhì)因子優(yōu)于目前報道的自然合成的微納結(jié)構(gòu)光學諧振腔。 更重要的是，基于鈣鈦礦的寬帶隙可調(diào)特性，通過調(diào)節(jié)鹵素配比首次實現(xiàn)了全可見光譜的單模激光可控輸出（圖2），從理論和實驗上對微腔調(diào)諧特性進行了分析，闡明其內(nèi)在物理機制，對于多色納米激光器的研究以及激光顯示、照明等的應用具有重要研究意義。
該項研究得到了國家自然科學基金、上海市青年科技啟明星A類以及中科院青年創(chuàng)新促進會等資金的支持。（中科院強激光材料重點實驗室供稿）
圖1 球形微腔激射特性。(a) 諧振腔結(jié)構(gòu)示意圖, (b)單模激光輸出, (c)低激射閾值, (d)單模激光相干性。
圖2 寬帶可調(diào)諧單模激光可控輸出
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