PbS 胶体量子点的激光器。图片来源：ICFO。

当前用于扩展短波红外 （SWIR） 光谱范围的激光技术依赖于昂贵且复杂的材料，限制了其可扩展性和可负担性。为了应对这些挑战，ICFO 研究人员在一篇 Advanced Materials 文章中提出了一种基于胶体量子点的新方法。该团队设法在扩展的 SWIR 范围内发射相干光（创建激光器的必要条件），并使用由硫化铅 （PbS） 制成的大胶体量子点。

这种基于 CQD 的新技术为上述挑战提供了解决方案，同时保持与硅 CMOS 平台（用于构建集成电路芯片的技术）的兼容性，以实现片上集成。

他们的 PbS 胶体量子点是第一种覆盖如此宽波长范围的半导体激光材料。值得注意的是，研究人员在没有改变点的化学成分的情况下实现了这一目标。这些结果为实现更实用、更紧凑的胶体量子点激光器铺平了道路。

此外，该团队还首次在 PbS 量子点中展示了纳秒激发的激光，取代了对笨重且昂贵的飞秒激光放大器的需求。这是通过采用更大的量子点来实现的，从而将点的吸收横截面增加了十倍，从而大大降低了光增益阈值，即激光发射成为高效过程的点。

在扩展的 SWIR 范围内生产低成本、可扩展的红外激光器的能力解决了各种技术中的关键瓶颈。这项创新对各种应用具有变革性潜力，包括有害气体检测、人眼安全 LIDAR 系统、先进的光子集成电路以及 SWIR 生物窗口内的成像。

依赖 LIDAR 系统、气体传感和生物医学的行业可以从这种经济高效且可集成的解决方案中受益匪浅。此外，这一突破支持向硅兼容光子集成电路的过渡，从而实现更大的小型化和广泛采用。

“我们的工作代表了红外激光技术的范式转变，”ICREA 教授 Gerasimos Konstantatos 说。“我们首次在室温下使用溶液处理材料实现了扩展的 SWIR 范围内的激光，为实际应用和更易获得技术的开发铺平了道路。”

研究团队包括 Guy L. Withworth 博士、Carmelita Roda 博士、Mariona Dalmases 博士、Nima Taghipour 博士、Miguel Dosil、Katerina Nikolaidou 博士、Hamed Dehghanpour，并由 ICREA Konstantatos 教授领导。

更多信息：Guy L. Whitworth 等人，具有纳秒激发的扩展短波红外胶体量子点激光器，先进材料（2024 年）。DOI： 10.1002/adma.202410207

期刊信息： Advanced Materials