科学家展示在室温条件下可见光范围内的310nm的纳米激光器

俄罗斯，圣彼得堡,，由圣光机大学的研究人员领导的国际科研团队通过实验证实：这种纳米激光器是在室温下可见光范围内工作的世界上最紧凑的半导体激光器。这种纳米激光器在室温下产生绿色相干光。这种光易于记录下来，甚至使用标准的光学显微镜肉眼可见。

研究人员使用钙钛矿卤化物作为纳米激光的材料。钙钛矿提供了两个关键元素-一种允许产生相干受激辐射的活性介质和一个有助于限制电磁能的光学谐振器。

为了在室温下产生激光辐射，科学家们用钙钛矿制造了一个立方体形的310 nm的纳米颗粒，并用飞秒激光脉冲对其进行了光激发。纳米粒子的设计允许有效限制受激辐射能量，从而为产生激光提供足够高的电磁场放大。

研究员Ekaterina Tiguntseva说：“我们使用飞秒激光脉冲泵浦纳米激光。我们辐照了孤立的纳米颗粒，直到达到特定泵浦强度的激光产生阈值为止。这时纳米粒子开始像典型的激光器一样工作”。

研究人员基里尔·科谢列夫说：“这个点子来源于激光产生是一个阈值过程。使用激光脉冲激发纳米粒子，并且在外部激发源达到特定“阈值”强度下，粒子开始产生激光发射。” 

科谢列夫说，如果激光器内部的光没有被充分限制，就不会有激光发射。在先前使用其他材料和系统进行的实验中，也有类似的想法，结果表明可以使用四阶或五阶三重共振，这意味着在激光产生的自由频率下，在材料内的光的波长适合谐振腔体积的四到五倍的共振。

“我们已经证明我们的粒子支持三阶三重共振，这是以前从未做过的。换句话说，在谐振腔尺寸等于材料内部三个光波长的条件下，我们可以产生相干受激发射。”

不需要施加外部压力或非常低的温度来使纳米颗粒用作激光器。研究中描述的所有效应都是在正常的大气压和室温下产生的。这可能会使该技术对创建光学芯片，传感器和其他使用光来传输和处理信息的设备（包括用于光学计算机的芯片）有用。

科学家们说，传统上认为可见光谱的绿色部分对于纳米激光是有问题的。“在现代的发光半导体领域，存在'绿色缺口'问题，”谢尔盖·马卡罗夫教授说。“绿色缺口意味着，用于发光二极管的常规半导体材料的量子效率在光谱的绿色部分显著下降。这个问题使由常规半导体材料制成的室温纳米激光器的开发变得复杂。”

在可见光范围内工作的激光器比具有相同特性的红色和红外（IR）光源小。小型激光器的体积通常与发射的波长具有立方关系，并且由于绿光的波长比红外光的波长小三倍，因此绿色激光器的微型化极限更大。研究人员说，这对于生产未来光学计算机系统的超紧凑组件至关重要。

该研究结果发表在ACS Nano（www.doi.org/10.1021/acsnano.0c01468）上。