[發明專利]膠體量子點連續激光器及其制備方法

在審

• 申請號: 201711027617.2
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN108011292A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 鐘海政;王雷;孟令海;吳顯剛
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01S5/04
• 分類號: H01S5/04;H01S5/125;H01S5/12
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;張杰

本發明提供了一種膠體量子點連續激光器的制備方法，包括：在諧振腔的相應表面上，通過原位方法形成鈣鈦礦量子點材料與聚合物的復合發光材料作為增益介質。本發明還提供了一種膠體量子點連續激光器，包括：增益介質，用于接收連續激光輻射而激發光子；以及諧振腔，與所述增益介質結合，用于放大由所述增益介質激發的光子以輸出連續激光，其中，所述增益介質為通過原位方法制備的鈣鈦礦量子點材料與聚合物的復合發光材料。

技術領域

本發明涉及激光技術領域，具體涉及到一種膠體量子點連續激光器及其制備方法。

背景技術

半導體連續激光器具有體積小、重量輕、壽命長、集成簡單等優點，在激光雷達、激光醫療、激光顯示、激光照明、材料加工、通信等領域具有重要的應用價值。連續激光器各能級的粒子數及腔內輻射場具有穩定分布，激光器工作物質的激勵和激光輸出可以在一段較長的時間范圍內以連續方式持續進行。

1971年，Alferov等人證明半導體連續激射在雙異質結激光器中可以實現。此后，半導體連續激光器經歷了幾個重要的發展階段，如2002年，Beck等人實現激發波長為9μm的中紅外量子級聯連續激光。隨后，Rong等人和Tamboli等人分別報道了激發波長在399nm和428nm的紫、藍InGaN連續激光。然而，這些半導體連續激光器都要通過微納加工技術制備，要求高真空和高溫，成本高，加工工藝復雜，并且無法做成柔性。

可溶液法制備的以連續激光泵浦的連續激光器，制備工藝簡單，可以通過噴涂、噴墨打印等方法制備，并且可以制成柔性，具有巨大的實際應用價值。膠體量子點材料具有可溶液法制備、顏色可調、發光效率高等特性，是一種重要的光電子、發光及激光材料。膠體量子點激光大多需要使用飛秒或納秒激光器作為激勵源，膠體量子點的激光發射只能維持在飛秒或納秒時間區域，這限制了膠體量子點激光的實際應用。發展可使用激光二極管連續泵浦的膠體量子點激光器具有重要的應用價值。

目前，對膠體量子點連續激光的研究還處于起步階段。2016年，印度科技大學的Pandey等人制備了新型三元ZnTe/ZnSe/CdZnS和ZnTeSe/ZnSe/CdZnS核/ 多層殼結構膠體量子點，研究了該量子點的激射。2017年，中國臺灣的Chien等人報道了SiO2–CdSe/ZnS-SiO2三明治圓盤結構的連續激光泵浦。多倫多大學的Sargent等人研究了具有雙軸應力的CdSe/CdS核殼結構的激射。

現有的膠體量子點激光器在制備過程中，增益介質使用的是Ⅱ-Ⅵ族量子點材料，Ⅱ-Ⅵ族量子點材料制備時需要高溫，工藝復雜。在與諧振腔結合過程中，需要首先合成量子點材料，然后再將量子點材料與諧振腔結合，步驟復雜。

發明內容

可使用連續激光泵浦的連續激光器具有體積小、重量輕等優點，在激光雷達、激光醫療、激光顯示、激光照明、材料加工、通信等領域具有重要的應用價值。目前，連續激光器主要有半導體激光器和氣體激光器。半導體連續激光器需要通過微納加工技術制備，制備時要求高真空和高溫，成本高，加工工藝復雜，并且無法做成柔性，發光波長也無法連續可調。氣體激光器體積大，小型化困難，并且發光波長同樣無法連續可調。

鈣鈦礦量子點材料是一種優異的發光材料，具有制備工藝簡單、制備成本低廉、發光效率高、半峰寬更窄等特點。鈣鈦礦量子點材料通過組分和結構的調控，容易實現可見光區域的全覆蓋。更為重要的是，鈣鈦礦量子點光學膜可以原位制備。通過控制鈣鈦礦材料和聚合物的結晶過程，可以獲得高熒光效率的量子點光學膜。與傳統的量子點光學膜相比，鈣鈦礦量子點光學膜具有原位制備、工藝簡單、易于批量制備和集成應用等優點。