[发明专利]胶体量子点连续激光器及其制备方法

说明书

本发明涉及胶体量子点连续激光器及其制备方法。一种胶体量子点连续激光器的制备方法包括：制备由钙钛矿量子点材料与聚合物构成的复合发光薄膜；在所述复合发光薄膜上形成微纳光学结构；以及以具有微纳光学结构的所述复合发光薄膜作为所述连续激光器的增益介质和谐振腔。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种胶体量子点连续激光器及其制备方法。

背景技术

连续激光器在激光显示、激光照明、激光医疗、材料加工、通信等领域具有重要的应用价值。1971年，Alferov等人证明连续激射在双异质结半导体中可以实现，随后，半导体连续激光器得到迅速发展。例如，Beck等人制备了激发波长为9μm的中红外量子级联连续激光；Rong等人和Tamboli等人分别实现了激发波长在399nm和428nm的紫、蓝InGaN连续激光。然而，目前商用的半导体连续激光器制备时要求高真空和高温，制作成本高，加工工艺复杂。由于采用外延生长方法，半导体连续激光器还无法做成柔性。

可溶液法制备的连续激光器，具有制备工艺简单、价格低廉等优点，该类激光器可以通过旋涂、喷墨打印等方法制备，可以制备在柔性基底上形成柔性器件，具有巨大的实际应用价值。胶体量子点材料具有可溶液法制备、发光效率高、颜色可调等特性，是一种重要的激光增益材料。现有的胶体量子点激光大多需要使用飞秒、皮秒或纳秒激光器作为泵浦源，胶体量子点的激光发射只能维持在飞秒或纳秒时间区域，这限制了胶体量子点激光的实际应用。发展可使用连续泵浦的胶体量子点连续激光器具有重要的应用价值。

目前，研究者对准连续泵浦及连续泵浦的胶体量子点激光器的研究还处于起步阶段。在准连续泵浦方面：2013年，美国布朗大学的Nurmikko等人使用胶体CdSe/Zn0.5Cd0.5S核壳结构量子点作为增益介质，使用脉宽为270ps的激光作为泵浦源，研究了准连续泵浦量子点激光；2014年，南阳理工大学的Sun Handong等人报道了CdZnS/ZnS三元合金量子点溶液的准连续蓝光液体激光；2015年，加拿大多伦多大学的Adachi等人发现量子点激光脉冲时间只能维持在ns时间长度的主要原因是热散逸。在连续泵浦方面：2016年，印度科技大学的Pandey等人利用新型三元ZnTe/ZnSe/CdZnS和ZnTeSe/ZnSe/CdZnS核/多层壳结构胶体量子点材料，研究了连续激光激射；随后，多伦多大学的Sargent等人研究了具有双轴应力的CdSe/CdS核壳结构的连续激光激射；2017年，台湾的Chien等人报道了SiO₂–CdSe/ZnS-SiO₂三明治圆盘结构的连续激光泵浦。

现有的胶体量子点连续激光器在制备过程中，增益介质多使用的是CdSe、CdS等Ⅱ-Ⅵ族量子点材料，该类材料制备时需要高温，工艺复杂。

发明内容

钙钛矿量子点材料是一种优异的发光材料，具有制备工艺简单、成本低廉、发光效率高、半峰宽窄等优点。更为重要的是，钙钛矿量子点光学膜可以原位制备。通过控制钙钛矿材料和聚合物的结晶过程，可以获得高荧光效率的量子点/聚合物复合光学膜。与传统的量子点光学膜相比，钙钛矿量子点光学膜具有原位制备、工艺简单、易于批量制备和集成应用等优点。

有鉴于此，本发明提供了一种胶体量子点连续激光器及其制备方法，其创新地以具有微纳光学结构的由钙钛矿量子点材料与聚合物构成的复合发光薄膜作为连续激光器的增益介质和谐振腔。相比于现有的连续激光技术，本发明提供的激光器具有可溶液法制备、制备工艺简单、可制备成柔性器件、易于集成应用等优点。

根据本发明的一方面，提供了一种胶体量子点连续激光器的制备方法，包括：制备由钙钛矿量子点材料与聚合物构成的复合发光薄膜；在所述复合发光薄膜上形成微纳光学结构；以及以具有微纳光学结构的所述复合发光薄膜作为所述连续激光器的增益介质和谐振腔。

优选地，所述微纳光学结构包括光子晶体结构和光栅结构。