近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究团队与国科大杭州高等研究院和华中科技大学合作，在热蒸发钙钛矿薄膜随机激光无散斑成像研究方面取得进展，相关成果以“Thermally Evaporated MAPbBr3 Perovskite Random Laser with Improved Speckle-Free Laser Imaging”为题发表于ACS Photonics。
钙钛矿材料具有优异的光增益性能，在激光应用领域里极具发展前景。热蒸发沉积作为一种被广泛应用于半导体工业的镀膜技术，是实现钙钛矿器件商业化大规模制造的技术趋势之一。然而，热蒸发过程中，钙钛矿材料快速且不可控的结晶导致钙钛矿薄膜有较多缺陷，大大影响了钙钛矿薄膜的激光性能。
图1 通过在热蒸发过程中引入TPPO添加剂，提升了钙钛矿薄膜的发光性能
针对上述问题，研究人员提出通过引入多功能路易斯碱添加剂三苯基氧化膦(TPPO)，实现了结晶速度减缓和缺陷钝化，最终制备的钙钛矿薄膜具有增强的光致发光和近5倍的光增益系数提升。功率依赖光致发光光谱证实了薄膜缺陷的降低，瞬态吸收光谱结果表明增强的发光性能起源于双分子复合过程的增强。基于这些优异的发光特性，研究人员探索了热蒸发钙钛矿薄膜的随机激光性能，发现引入TPPO后的薄膜随机激光阈值明显小于原始薄膜。同时，研究人员首次将热蒸发钙钛矿薄膜应用于激光无散斑成像，当使用钝化后的薄膜产生的随机激光作为照明光源时，所成的像具有更低的散斑对比度(0.046)和更高的对比度噪声比(8.218)，具有优异的成像性能。
本研究将为钙钛矿材料和器件的规模化生产提供新思路，并有助于热蒸发钙钛矿薄膜在自发辐射放大和激光成像应用中的发展。
该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科技创新行动计划项目的资助和支持。
图2 钙钛矿薄膜随机激光的无散斑成像
