通过抑制能量损失提升钙钛矿激光器性能

多年来，工程师们一直在寻找更优方案来制造可直接集成到硅芯片上的微型高效激光器，这是实现更快速、更高性能光通信与计算的关键一步。目前商用激光器主要采用III-V族半导体材料，这些材料需在特殊衬底上生长——这种生产工艺导致其难以与主流硅技术结合且成本高昂。

抑制俄歇复合实现高性能钙钛矿垂直腔面发射激光器

全无机钙钛矿薄膜因其成本低廉、衬底兼容性强以及优异的光学特性，已成为一种极具前景的替代方案。但始终存在一个重大障碍：在室温环境下，钙钛矿激光器难以实现连续或近连续模式运行，其载流子会因俄歇复合效应而快速流失。

近日，浙江大学研究团队展示了一种解决该问题的简易方法，使钙钛矿激光器在近连续运行模式下实现了破纪录的性能表现。据《Advanced Photonics》报道，该团队在多晶钙钛矿薄膜的退火工艺中使用挥发性铵盐添加剂，引发“相重构”反应从而消除有害的低维相，减少加速俄歇复合的通道。最终形成纯净的三维结构，在不引起显著光学损耗的前提下，更好地保持了激光发射所需的载流子。

通过相重构驱动俄歇抑制实现高性能钙钛矿激光：（a）挥发性铵盐驱动相重构示意图；（b）快速俄歇复合阻碍载流子积累示意图；（c）瞬态吸收光谱提取的载流子衰减曲线与纳秒级激光脉冲对比；（d）准连续纳秒泵浦下不同泵浦通量对应的PL光谱演变。插图：激光远场光斑；（e）积分强度随泵浦通量变化函数。插图：半峰全宽0.14 nm的激光光谱，对应3850品质因子；（f）纳秒泵浦下钙钛矿激光器阈值与品质因子性能对比

俄歇复合机制
为理解这项性能突破，研究团队分析了不同泵浦条件下电子与空穴的复合过程。当采用较长脉冲或连续光束作为输入光源时，俄歇复合现象（即电子-空穴对复合时将能量传递给另一个载流子而非以光形式释放）会变得尤为棘手。

在此类工况下，载流子注入的时间尺度达到或超过俄歇复合寿命，导致载流子快速流失，无法形成激光发射所需的粒子数反转状态。通过抑制该过程，研究人员成功维持了实现高效受激辐射所必需的载流子密度。

研究团队采用优化后的薄膜制备出单模垂直腔面发射激光器（VCSEL），在纳秒级准连续泵浦条件下实现了17.3μJ/cm²的低激光阈值和3850的超高品质因子，这一性能表现标志着钙钛矿激光器在该领域达到了迄今报道的最高水平。

该研究成果为制备高性能钙钛矿激光器指明了实用化路径，未来有望在真正连续波或电驱动条件下运行——这是将其集成至未来光子芯片及柔性可穿戴光电器件的关键里程碑。