日前，太原理工大學物理與光電工程學院郭鵬飛課題組在納米能源領(lǐng)域取得重要研究進展，研究成果以“On-wire Axial Perovskite Heterostructures for Monolithic Dual-wavelength Laser”為題發(fā)表在國際能源領(lǐng)域頂級期刊《Nano Energy》（影響因子17.881）。該論文的第一署名單位為太原理工大學，郭鵬飛副研究員為論文第一和通訊作者，香港城市大學Johnny C. Ho, Kin Man Yu教授為論文共同通訊作者。

雙波長納米激光器在光信息處理和光通信等多領(lǐng)域有著廣泛的應用。發(fā)展多波長納米激光光源對于實現(xiàn)基于高密度光子集成芯片的新型光信息處理和運算技術(shù)具有極其重要的意義。傳統(tǒng)基于無機鈣鈦礦納米線的激光器，由于材料帶隙結(jié)構(gòu)單一、自吸收損耗較大及端面反射率低導致激光發(fā)射頻率單一，閾值普遍偏高的問題。目前，制備出高結(jié)晶質(zhì)量、具有清晰界面的單根鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)納米線，仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。

圖2.鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)納米線的(A)SEM和發(fā)光圖像及(B)能帶結(jié)構(gòu)示意圖

圖3.基于鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)納米線的雙波長受激發(fā)射性質(zhì)。(A)光學測試示意圖；(B)泵浦功率依賴的PL發(fā)射光譜；(C)泵浦功率密度和發(fā)射強度關(guān)系曲線

郭鵬飛課題組發(fā)展了一種源移動式納米線生長技術(shù)，通過材料在微納尺度的能帶設計和生長控制，可控制備了一種一維半導體鈣鈦礦CsPbCl3/CsPbI3異質(zhì)結(jié)構(gòu)。解決了由于單納米結(jié)構(gòu)帶隙不可控導致的鈣鈦礦納米線激光器發(fā)射波長單一的問題。這種一維納米結(jié)構(gòu)由發(fā)紅光（CsPbI3）和發(fā)藍光（CsPbCl3）的半導體材料沿軸向外延組成，在激光照射下呈現(xiàn)出軸向異質(zhì)結(jié)構(gòu)。由于納米線獨特的能帶結(jié)構(gòu)，在激光泵浦下，可以實現(xiàn)雙向非對稱波導。不同增益介質(zhì)發(fā)出的光沿微腔向兩端傳輸過程中，發(fā)生能量轉(zhuǎn)移，隨著激發(fā)強度的不斷增大最終形成增益，實現(xiàn)雙波長(425.5 nm and 687.4 nm)激光發(fā)射。這一重要發(fā)現(xiàn)將在集成納米光子技術(shù)領(lǐng)域有著巨大的應用前景。

該研究工作獲得了國家香江學者計劃、太原理工大學高層次引進人才項目的資助。