中国科学院 分散的CQD自组装成密集的CQD团簇，以实现高堆积密度，然后到CQD组装微球，以实现高耦合效率，最后到固化微球，以实现稳定和集成的高温度激光
CQD组装微球可以用作增益介质和微腔
由于谐振器边界处的全内反射，光在WGM微腔内传播，以实现高耦合效率
CQDAMs通过溶胶-凝胶法在二氧化硅基体中固化，以确保在高温下稳定工作
信用:张龙谢威红星东 高性能微/纳米结构激光器作为多功能光源元件，在光电子器件中具有重要地位
为了实现这一目标，中国科学家发明了一种高效、超稳定、低成本的量子点微激光器，它甚至可以在量子点激光器的最高工作温度450 K下工作
这一创新技术极大地促进了其从基础性能研究到高级实用兼容性的发展，以实现高温低成本微型激光器和可预见的商业化
低维胶体量子点(CQD)因其独特的结构、优异的光学性能和低成本的制备工艺而受到广泛关注
自从它们在20世纪90年代首次合成以来，实现高性能低成本CQD微/纳米激光器的动力已经持续了三十多年
然而，低堆积密度、CQD与光学腔的低效耦合以及小型化复杂系统的差的热稳定性使得实现实用的CQD微/纳米激光器具有挑战性，特别是将高温下的连续工作能力和低成本潜力与大规模生产的合成技术相结合
因此，有效解决上述关键问题需要不同于传统CQD激光研究的新思路
在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，由中国科学院上海光学与精细机械研究所高功率激光材料重点实验室董红星教授和张龙教授领导的一组科学家及其同事开发了一种新的组装技术，该技术与溶胶-凝胶法相结合来制备在二氧化硅基质中固化的CQD组装微球，该技术不仅保证了组装微球在高温下稳定工作，而且解决了组装密度和耦合效率的问题
研究人员首次基于工作温度高达450 K的固化碳量子点实现了单模激光发射
到目前为止，这是CQD微型激光器的最高工作温度
即使它们在这样的高温环境下连续工作，激光脉冲的稳定输出也能保持40分钟
通过改变CQD的组成和/或大小，单模激光可以扩展到整个可见光谱范围
此外，可溶液处理的方法具有成本低和可大规模生产的优点
它不需要复杂的光学腔加工，这意味着不需要昂贵的设备或极其复杂的加工
同时，这些量子点激光器可以高度集成在微衬底中，并且还可以应用于其他种类的半导体纳米粒子，这促进了在高温低成本微集成光电器件中可预测的商业应用价值
高温下批量生产的集成CQD微激光器示意图
不同的CQD基二氧化硅基质样品在紫外光激发下的真实彩色图像
高激发条件下相应的内部放大显微图像
红点是400千的激射电流
d .多色单模激光器，来自不同成分和/或尺寸的量子点，其激光能量覆盖整个可见光范围
信用:张龙谢威红星东 在微/纳米激光器件的研究领域，高性能低成本的CQD激光器是一个重要的研究热点
不幸的是，考虑到多级挑战的共存，即(1)优秀激光性能的基本要求，发展明显滞后；(2)满足连续工作等应用条件的推广能力，稳定性高，适用于高温环境；(3)低成本生产优势与前面(1)、(2)点优点的结合
这些科学家总结了他们微型激光器的原始设计理念: “从增益介质的角度来看，自组装碳量子点几乎达到了封装密度的上限，确保了足够的光学增益
从光-物质耦合的角度来看，这种CQDAM样品既用作增益材料又用作光学微腔，充分提高了光-物质耦合效率
从光腔性能来看，球形WGM微腔可以有效提高腔光子的限制能力
对于体积约为1微米-3的CQDAM样品，在发射波长范围内可能只有一个共振模式
然而，操作模式的品质因数可以是104
最重要的是，我们将不同方面的这三个优势结合到CQDAM样本中
" “除了上述激光参数，高温下的激光稳定性也是与商业化潜力相关的一个重要方面
散热问题是下一代集成微芯片的激光装置的固有且不可避免的困难
在这项工作中，CQD微激光器的工作温度被证明为450
此外，即使在如此高的温度下，量子点微激光器也可以以优异的工作能力进行高密度集成
此外，从商业角度来看，我们独特但通用的CQD微激光器制造方法非常有吸引力和前景，它可以大大降低制造成本，简化制造过程，从而有利于大规模工业生产
换句话说，这种高效的溶液制备工艺不需要复杂的加工技术和昂贵的加工设备，成本主要是廉价的材料
这种具有成本效益的可制造性和灵活的集成能力为CQD微激光器从实验室走向工业化铺平了新的道路，并带来了巨大的发展潜力
“此外，自从第一次从CQD演示受激辐射以来，追求电泵浦的CQD激光已经成为密集研究的主题
有趣的是，我们的碳量子点既可以作为增益介质，也可以作为光腔，可以很容易地结合到电致发光结构中作为发射层，从而实现电泵浦纳米激光器
事实上，实现电致微激光器是一个巨大的挑战，需要解决更复杂的问题，这也是我们未来研究的一个重要部分，”科学家们预测
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