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中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員吳凱豐、副研究員楊陽團(tuán)隊(duì)制備了具有優(yōu)異光學(xué)性能的低毒性藍(lán)光膠體量子點(diǎn)，并以其溶液為光增益介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了高度穩(wěn)定的液體激光輸出。該研究對(duì)于推動(dòng)膠體量子點(diǎn)在激光領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然-納米技術(shù)》。

膠體量子點(diǎn)具有光譜可調(diào)諧、發(fā)光純度高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在激光領(lǐng)域廣受關(guān)注。研究團(tuán)隊(duì)制備了高品質(zhì)的藍(lán)光ZnSe/ZnS核殼量子點(diǎn)。該量子點(diǎn)尺寸緊湊，具有自發(fā)形成的漸變型殼層組分，其“光滑”的限域勢(shì)阱有助于抑制非輻射俄歇復(fù)合，從而延長雙激子壽命和增益壽命。隨后，團(tuán)隊(duì)使用飛秒瞬態(tài)吸收光譜研究了該量子點(diǎn)的多激子復(fù)合動(dòng)力學(xué)和光增益行為，發(fā)現(xiàn)其具有接近1納秒的雙激子光增益壽命。該壽命比相同體積的ZnSe核量子點(diǎn)提升近一個(gè)數(shù)量級(jí)，接近此前報(bào)道的20納米直徑的復(fù)雜核殼量子點(diǎn)的光增益壽命。

尺寸緊湊、增益壽命長的優(yōu)點(diǎn)使得該量子點(diǎn)有望在溶液中充當(dāng)“染料”角色，實(shí)現(xiàn)液體激光輸出。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步使用飛秒激光和納秒激光泵浦量子點(diǎn)溶液，實(shí)現(xiàn)了低閾值的藍(lán)光放大自發(fā)輻射，并具有較高的增益系數(shù)。在納秒準(zhǔn)連續(xù)光泵浦下，該量子點(diǎn)溶液在經(jīng)典的Littrow激光腔中成功實(shí)現(xiàn)了激光輸出。輸出的激光具有閾值低、方向性好、線寬窄、可連續(xù)調(diào)節(jié)、相干性好、偏振度高等特點(diǎn)。該量子點(diǎn)液體激光可以在不攪拌、不循環(huán)的條件下實(shí)現(xiàn)長時(shí)間的穩(wěn)定輸出，比相同波段的藍(lán)光染料分子穩(wěn)定性高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

這項(xiàng)工作充分展示了膠體量子點(diǎn)在液體激光中的實(shí)際應(yīng)用潛力，也為量子點(diǎn)在光流體學(xué)、生物成像和診斷等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新機(jī)遇。

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