
激光器作为现代光学的重要基础器件,种类日益丰富。近年来,钙钛矿半导体、有机半导体和量子点等新型激光材料因其优异性能受到广泛关注。其中,钙钛矿材料因其发光波长可调、发射光谱窄、在光泵浦条件下激光阈值极低等优点,被认为是最具潜力的下一代激光材料之一。
然而,实现电驱动的钙钛矿激光器一直是该领域的关键难题。由于钙钛矿材料在电流注入条件下易发生非辐射复合、热稳定性差等问题,电泵浦激光的实现面临巨大挑战。全球多个研究团队多年来持续攻关,仍未取得实质性突破。

此次浙大团队提出了一种创新的集成式双腔结构设计,成功解决了这一难题。该设计将高功率微腔钙钛矿LED子单元与低阈值单晶钙钛矿激光微腔单元集成于同一器件中,构建出一种垂直堆叠的多层结构。在电激励下,LED子单元产生的大量光子可被高效耦合(效率高达82.7%)至激光微腔中,激发单晶钙钛矿增益介质,从而实现激光发射。
实验数据显示,该电驱动钙钛矿激光器的激光阈值仅为92安培/平方厘米,远低于目前性能最优的电驱动有机激光器,且在重复性和稳定性方面表现更优。此外,该器件可在36.2兆赫兹的带宽下实现快速调制,展现出良好的动态响应性能。研究人员指出,这一高速调制能力得益于器件有效面积的缩小和硅衬底带来的高效散热。

该成果为钙钛矿激光器的实用化奠定了基础。未来,此类电驱动钙钛矿激光器有望广泛应用于光学数据传输、集成光子芯片、可穿戴设备中的相干光源等领域。
研究团队表示,下一步将聚焦于提升微腔钙钛矿LED子单元的自发辐射寿命(目前为纳秒级别),以进一步推动器件向吉赫兹级高速运行迈进,从而实现更高效、更稳定的新一代激光光源。