1 北京量子信息科学研究院 量子材料与器件研究部，北京 100193
2 中国科学院物理研究所 北京凝聚态物理国家实验室，北京 100190
3 中国科学院大学 物理学院，北京 100049
4 中国科学院半导体研究所 半导体材料科学重点实验室，北京 100083
作为一种新型半导体激光器，量子级联激光器因其独特的子带间跃迁机制，具有高速响应、高非线性、输出波长大范围可调等特点。近年来随着输出光功率和电光转化效率等性能指标的快速提升，量子级联激光器已成为中红外至太赫兹波段（波长约为3~300 μm）的主流激光光源，在大气污染监控、气体检测、太赫兹成像、生物医疗以及空间光通信等领域具有重要科学意义和应用价值。本文阐释了量子级联激光器的发展历程以及工作原理；分别重点讨论了中红外量子级联激光器在高效率、大功率、波长可调谐以及片上传感的应用等方面的研究进展，并对基于中红外量子级联激光器差频太赫兹光源和光频梳的发展进行叙述，最后进行了简要总结与展望。
量子级联激光器 片上传感 光频梳 太赫兹 Quantum cascade lasers On-chip sensing Optical frequency comb Terahertz 光子学报
2023, 52(10): 1052409
1 浙江大学 光电科学与工程学院，极端光学技术与仪器全国重点实验室，浙江 杭州 310058
2 浙江大学 材料科学与工程学院，浙江 杭州 310058
随着人工智能、大数据、云计算、物联网、移动电子等的发展，传统的稀土离子掺杂单芯单模光纤放大器承载的光纤通信系统的传输容量已经逐渐接近香农极限，需要发展新型材料体系，以拓宽光纤通信系统的传输容量。相比于稀土离子，量子点具有较宽的发光带宽、可调波长的发光特性，且量子点的发光性质可以通过多种化学手段调控，在量子点光放大器上显示出了宽带光放大特性，受到学术界和产业界的广泛关注。在该背景下，本文提出将化学合成的PbS/CdS核壳量子点与低损耗聚合物集成，获得量子点掺杂光纤放大器，实现近红外通信波段可调波长、宽带光放大特性。文章研究并揭示了影响固化后的聚合物纤芯连续性的因素和影响机制，提出了降低固化胶前驱体液面附加压力、固化收缩力、聚合物前驱体与光纤内壁的摩擦力，并提高抽真空产生的牵引力以获得连续光纤，在此基础上获得了基于热固化聚二甲基硅氧烷（PDMS）和光固化NOA61、NOA85固化胶的纤芯连续光纤，量子点光纤在1 530~1 630 nm获得了增益带宽达到100 nm以上的开关增益，最高增益达到6.5 dB。本文的研究结果将促进量子点光纤器件和宽带光通信技术的发展。
量子点 聚合物光纤 宽带光纤放大器 quantum dots polymer optical fiber broadband optical fiber amplifier
北京工业大学材料与制造学部 激光工程研究院，北京 100124
利用稀土离子掺杂材料、有机染料以及量子点等荧光材料实现荧光温度传感在航空航天、生物医疗、食品储存等领域具有重要意义。其中，无机卤化物钙钛矿量子点（PeQDs）荧光材料由于具有量子产率高，温度依赖性强等特点，在荧光温度传感领域展现了巨大的应用前景。然而，PeQDs只有一个光致荧光（PL）峰，其强度和位置极易受到浓度和尺寸等因素的干扰，因此用单一PL峰进行温度传感的准确性较低。在本工作中，我们提出了一种微球腔阵列（MCA）耦合PeQDs薄膜（MCA/PeQDs）的新型温度传感结构，利用MCA/PeQDs结构与PeQDs薄膜具有温度依赖性的PL峰值强度比实现温度传感。该结构通过微球腔中回音壁模式（WGMs）增强的Purcell效应提高了自发辐射速率，抑制了声子辅助猝灭效应，从而实现了较好的PeQDs荧光增强。结果表明，在223～373 K范围内，当PeQDs浓度为0.131 6 mg/mL、微球腔直径为（19±1）μm时，该结构的绝对灵敏度（Sa）与相对灵敏度（Sr）可达到0.75 K-1和1.95%·K-1。本工作克服了使用单个PL峰进行温度传感准确性差的缺点，为荧光材料在高性能荧光温度传感器中的应用开辟了新的途径。
温度传感 微球腔 无机卤化物钙钛矿量子点 荧光增强 temperature sensing microsphere cavity inorganic halide perovskite quantum dots fluorescence enhancement
云南大学材料与能源学院, 云南 昆明 650091
全无机钙钛矿量子点CsPbX3(QDs)(X=Cl、 Br、 I)具有可覆盖整个可见光区(400～700 nm)的发射, 单一发光峰较窄, 量子效率较高, 其发射波长和带隙可通过调节CsPbX3中卤素原子X来实现调控。 因CsPbX3优异的光学特性而被广泛应用于显示领域, 然而其稳定性较差等问题阻碍其进一步的应用。 金属有机框架(MOFs)是一种多孔性的框架结构, 因其独特的多孔结构, 永久的孔隙率而作为一种基质载体来提高材料的稳定性。 MOFs将QDs限制在主体内部不仅可以保护它们免受外部环境的刺激, 使它们彼此隔离而不团聚, 而且还可以实现各种新的特性和应用。 将QDs限制在MOFs中所得的复合材料(CsPbX3 QDs@MOFs)具有比CsPbX3 QDs更优异的光学特性以及对周围环境更好的稳定性, 复合材料(CsPbX3 QDs@MOFs)在光电器件, 传感器以及加密与防伪领域有着广泛的应用。 该综述首先介绍了CsPbX3 QDs相关结构、 制备、 光学性能和应用, 以及现存问题。 例如在毒性、 稳定性、 阴离子交换等方面及相应解决方法; 其次介绍了MOFs结构、 制备、 特性及应用等相关内容; 并对介绍复合材料CsPbX3 QDs@MOFs的制备、 光学特性、 应用, 例如在白光二极管(WLEDs)、 防伪和加密、 用作催化剂、 远程型白光发射器件中的应用, 并实现了宽色域应用, 验证了这些新型发光复合材料在背光显示应用中具有很大的应用前景。 对复合材料CsPbX3 QDs@MOFs现阶段存在一些问题和需要改进方面提出一些见解, 对下一步进行复合材料方向提供一些思路并对研究前景进行了展望。
全无机钙钛矿量子点 金属有机框架 发光特性 应用 All-inorganic chalcogenide quantum dots Metal-organic frameworks Luminescence properties Applications 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3321
