[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: 201810097338.1
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108376901A
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 鐘海政;王雷
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094;H01S3/16;H01S3/0933
• 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

本發明涉及膠體量子點連續激光器及其制備方法。一種膠體量子點連續激光器的制備方法包括：制備由鈣鈦礦量子點材料與聚合物構成的復合發光薄膜；在所述復合發光薄膜上形成微納光學結構；以及以具有微納光學結構的所述復合發光薄膜作為所述連續激光器的增益介質和諧振腔。

技術領域

本發明涉及激光技術領域，具體涉及一種膠體量子點連續激光器及其制備方法。

背景技術

連續激光器在激光顯示、激光照明、激光醫療、材料加工、通信等領域具有重要的應用價值。1971年，Alferov等人證明連續激射在雙異質結半導體中可以實現，隨后，半導體連續激光器得到迅速發展。例如，Beck等人制備了激發波長為9μm的中紅外量子級聯連續激光；Rong等人和Tamboli等人分別實現了激發波長在399nm和428nm的紫、藍InGaN連續激光。然而，目前商用的半導體連續激光器制備時要求高真空和高溫，制作成本高，加工工藝復雜。由于采用外延生長方法，半導體連續激光器還無法做成柔性。

可溶液法制備的連續激光器，具有制備工藝簡單、價格低廉等優點，該類激光器可以通過旋涂、噴墨打印等方法制備，可以制備在柔性基底上形成柔性器件，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、發光效率高、顏色可調等特性，是一種重要的激光增益材料。現有的膠體量子點激光大多需要使用飛秒、皮秒或納秒激光器作為泵浦源，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。發展可使用連續泵浦的膠體量子點連續激光器具有重要的應用價值。

目前，研究者對準連續泵浦及連續泵浦的膠體量子點激光器的研究還處于起步階段。在準連續泵浦方面：2013年，美國布朗大學的Nurmikko等人使用膠體CdSe/Zn0.5Cd0.5S核殼結構量子點作為增益介質，使用脈寬為270ps的激光作為泵浦源，研究了準連續泵浦量子點激光；2014年，南陽理工大學的Sun Handong等人報道了CdZnS/ZnS三元合金量子點溶液的準連續藍光液體激光；2015年，加拿大多倫多大學的Adachi等人發現量子點激光脈沖時間只能維持在ns時間長度的主要原因是熱散逸。在連續泵浦方面：2016年，印度科技大學的Pandey等人利用新型三元ZnTe/ZnSe/CdZnS和ZnTeSe/ZnSe/CdZnS核/多層殼結構膠體量子點材料，研究了連續激光激射；隨后，多倫多大學的Sargent等人研究了具有雙軸應力的CdSe/CdS核殼結構的連續激光激射；2017年，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。

現有的膠體量子點連續激光器在制備過程中，增益介質多使用的是CdSe、CdS等Ⅱ-Ⅵ族量子點材料，該類材料制備時需要高溫，工藝復雜。

發明內容

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、成本低廉、發光效率高、半峰寬窄等優點。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/聚合物復合光學膜。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。

有鑒于此，本發明提供了一種膠體量子點連續激光器及其制備方法，其創新地以具有微納光學結構的由鈣鈦礦量子點材料與聚合物構成的復合發光薄膜作為連續激光器的增益介質和諧振腔。相比于現有的連續激光技術，本發明提供的激光器具有可溶液法制備、制備工藝簡單、可制備成柔性器件、易于集成應用等優點。

根據本發明的一方面，提供了一種膠體量子點連續激光器的制備方法，包括：制備由鈣鈦礦量子點材料與聚合物構成的復合發光薄膜；在所述復合發光薄膜上形成微納光學結構；以及以具有微納光學結構的所述復合發光薄膜作為所述連續激光器的增益介質和諧振腔。

優選地，所述微納光學結構包括光子晶體結構和光柵結構。