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面向近红外激光器的Ag2Se/AgZnSe核壳量子点的光增益特性研究

批准号:
11704200
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
廖晨
依托单位:
学科分类:
光谱学与固体发光
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
施伟华、邹建华、张凌菲、周昊天、徐传祥

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
受益于量子限域效应,胶体半导体量子点作为光增益材料展现出了多种优越的性能。然而,俄歇复合严重阻碍了胶体量子点激光器的发展。本项目提出利用低毒的最低量子态2重简并的Ag2Se量子点替代最低量子态8重简并的铅盐量子点来实现低阈值的近红外光增益。并通过在Ag2Se表面包覆组分渐变的AgZnSe合金壳,来构建平缓的界面势垒和钝化Ag2Se的表面,进一步抑制俄歇复合从而提高光增益性能。拟采用超快瞬态吸收研究Ag2Se量子点和Ag2Se/AgZnSe核壳量子点的光增益动力学,评估合金壳对俄歇复合的抑制以及光增益性能的促进。以实验结果为指导,优化合金壳的结构,研制出具有优异的光增益性能的Ag2Se/AgZnSe量子点,并利用该量子点制备垂直腔面发射的近红外量子点激光器。该研究既有助于建立基于Ag2Se的核壳量子点的光增益动力学的相关理论,又能够促进近红外发射的胶体量子点激光器向实用型激光器发展。
英文摘要
Owing to the quantum confinement effect, colloidal semiconductor quantum dots (QDs) exhibit various advantageous properties as optical gain media. However, the development of colloidal QD lasers is blocked by Auger recombination (AR). This project proposes that low toxic Ag2Se QDs whose lowest quantized states are 2-fold degeneracy could substitute for lead-salt QDs whose lowest quantized states are 8-fold degeneracy to achieve low-threshold near-infrared optical gain. Depositing AgZnSe alloyed shell with gradient composition on the surface of Ag2Se can build “smoothing” interfacial potential and passivate the surface of Ag2Se, which further suppresses AR and boosts optical gain performance. Moreover, ultrafast transient absorption spectroscopy will be employed to study the optical gain dynamics of the Ag2Se QDs and Ag2Se/AgZnSe core/shell QDs, to evaluate the influence of alloy shell on the suppression of AR and the facilitation of optical gain properties. Guided by experimental results, Ag2Se/AgZnSe QDs with excellent optical gain properties would be developed, which also could be used to fabricate vertical-cavity surface-emitting near-infrared QD lasers. This studies can not only contribute to establish relative theory of optical gain dynamics of the core/shell QDs based on Ag2Se, but also promote the development of near-infrared colloidal QD lasers to practical lasers.
铅盐(PbS和PbSe)量子点最低量子态的8重简并严重阻碍了胶体近红外量子点激光器的发展。本项目实验证明了低毒的Ag2Se量子点的最低量子态只有自旋(2重)简并,光增益阈值低至平均每个量子点内~1.4个激子,光增益寿命超过40 ps。证明了Ag2Se量子点的放大自发辐射特征温度T0(328 K)远高于体材料和量子阱(~100 K),放大自发辐射波长在80-180 K的温度范围仅以0.1 nm/K的速度缓慢红移,从电子能级间隙以及激子和声子的耦合等角度解释了几乎不随温度变化的放大自发辐射特性。证明了Ag2Se量子点的双激子俄歇寿命与量子点的体积成正比,阐明了小尺寸量子点高效的俄歇复合是由较高的激子密度导致的。通过在Ag2Se表面包覆AgZnSe合金壳构建平缓的界面势垒和钝化Ag2Se的表面显著地抑制俄歇复合将光增益寿命拓展到了纳秒量级,为实现连续光泵浦或电泵浦的激光器创造了条件。利用Ag2Se/AgZnSe核壳量子点制备了低阈值(~82 μJ cm-2)和窄线宽(~0.7 nm)的垂直腔面发射的近红外量子点激光器。本项目的研究向环境友好的低阈值近红外量子点激光器迈出了重要的一步。
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Low-threshold near-infrared lasing at room temperature using low-toxicity Ag2Se quantum dots
使用低毒性 Ag2Se 量子点在室温下产生低阈值近红外激光
DOI: 10.1039/d0nr05098a
发表时间: 2020-11-14
期刊: NANOSCALE
影响因子: 6.7
作者: [Liao, Chen, Tang, Luping, Jia, Yunzhe]
通讯作者: Jia, Yunzhe
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