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18
2025
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12
胶体量子点激光 | Nature Photonics
作者：
胶体量子点Colloidal quantum dots (QDs)是可溶液加工、颜色可调激光器的潜力材料。然而，大多数报道的量子点激光器件，取决于高功率飞秒激光作为泵浦源，这在实际技术应用中，却并不实用。
近日，洛斯阿拉莫斯国家实验室Donghyo Hahm，Victor I. Klimov等，在Nature Photonics上发文，采用电调制（占空比0.1–1%）、低功率连续波激光二极管作为激发源的量子点QD激光，在77K温度时，以略高于500 W cm?²、室温3.6 kW cm?²的泵浦强度，实现阈值激光。这一成果得益于(I+II)型量子点，其中光学增益来源于混合直接/间接双激子。这些双激子表现出了强烈抑制的俄歇复合，从而获得长达数纳秒的长光学增益寿命。
此外，由于通过直接跃迁实现的快速辐射衰减，(I+II)型量子点表现出了约1200 cm?¹的较高材料增益。这些性质，对于在连续波泵浦下，实现激光发射，是至关重要的。(I+II)型量子点也非常适合于飞秒光脉冲泵浦的器件，可在全堆叠电致发光器件中，实现激光发射，并在密集堆积量子点构成的微盘中，实现回音壁模式激光。这种量子点通过混合直接/间接双激子机制，显著抑制俄歇复合，延长增益寿命，提升材料增益，为低成本、可集成化量子点激光器实用化。
Low-threshold lasing from colloidal quantum dots under quasi-continuous-wave excitation.准连续波激发下胶体量子点的低阈值激光。
图1: (I+II)型量子点中的混合直接/间接双激子。
图2: 标准量子点和(I+II)型量子点的光学增益模型。
图3： （I+II）型量子点的结构特征和光致发光性质。
图4： 仿真连续波泵浦下的自发辐射放大ASE。
图5： 基于连续波激光二极管泵浦的（I+II）型量子点的分布反馈式分布式分布式反馈，DFB激光器。
图6 ：基于（I+II）型量子点的光致发光EL有源和微盘激光器，室温工作的飞秒光脉冲。
该项研究，实现了低阈值胶体量子点激光。采用CdSe/Cd？-xZnxSe/CdS/ZnS核壳结构量子点，其中CdSe为核心直接区，CdS为间接电子区，中间通过组分渐变势垒隔离，构成“（I+II）型”能带结构。这种设计使得单激子以间接态为主，双激子则为混合直接/间接态，大幅减少俄歇复合通道。
来源：今日新材料
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