【導(dǎo)語(yǔ)】激(jī)光(guāng)作(zuò)為(wèi)推(tuī)動(dòng)光(guāng)電(diàn)信(xìn)息(xi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展(zhǎn)的(de)關鍵技(jì)術(shù)，在(zài)諸(zhū)多(duō)領(lǐng)域應(yīng)用(yòng)廣(guǎng)泛(fàn)。近(jìn)日(rì)，浙(zhè)江(jiāng)大(dà)學(xué)狄(dí)大(dà)衛(wèi)教(jiào)授(shòu)、鄒(zōu)晨(chen)研(yán)究(jiū)員(yuán)和(hé)趙(zhào)保(bǎo)丹(dān)教(jiào)授(shòu)團隊取得重大突破，研製出世界上首個電驅動鈣鈦礦激光器。該激光器采用創新雙光學微腔設計，具有高效節能、高速調製等優勢，相關成果發表於國際頂尖學術期刊《自然》，為光電技術(shù)發(fā)展(zhǎn)帶(dài)來(lái)新(xīn)契(qì)機(jī)。

手(shǒu)機(jī)的(de)人(rén)臉(liǎn)識(shi)別(bié)、汽(qì)車(chē)的(de)雷(léi)達(dá)測(cè)距(jù)、醫(yī)院(yuàn)的(de)激(jī)光(guāng)手(shǒu)術(shù)……這(zhè)些(xiē)新(xīn)技(jì)術(shù)的(de)高(gāo)速(sù)發(fā)展(zhǎn)都(dōu)離(lí)不(bù)開(kāi)激(jī)光(guāng)。激(jī)光(guāng)具(jù)有(yǒu)單(dān)色(sè)性(xìng)強(qiáng)、方(fāng)向(xiàng)性(xìng)好(hǎo)、能(néng)量(liàng)高(gāo)度(dù)集中等優勢，成為推動光電信息產業發展的關鍵技術之一。

最近，浙江大學光電科學與工程學院/海寧國際聯合學院狄大衛教授、鄒晨研究員和趙保丹教授團隊研製了世界上第一個電驅動鈣鈦礦激光器。這是一個包含兩個光學微腔的“雙腔”激光器，它將低閾值鈣鈦礦單晶微腔子單元與高功率微腔鈣鈦礦LED子單元集成於同一個器件，形成了一個垂直堆疊的多層結構。

這種新型半導體激光器，其發射激光所需的最小電流(閾值電流) 為 92A/cm2，比最好的有機半導體激光器還低一個數量級，且表現出較好的穩定性，並能在36.2 MHz的帶寬下實現快速調製，有望應用於片上數據傳輸、計算和生物醫學等領域。

相關研究論文《Electrically driven lasing from a dual-cavity perovskite device》於北京時間2025年8月27日發表於國際頂尖學術期刊《自然》。鄒晨是論文第一作者，狄大衛、鄒晨、趙保丹為論文通訊作者(zhě)，浙(zhè)江(jiāng)大(dà)學(xué)為(wèi)該(gāi)研(yán)究(jiū)唯(wéi)一(yī)完(wán)成(chéng)單(dān)位(wèi)。

創(chuàng)新(xīn)雙(shuāng)光(guāng)學(xué)微(wēi)腔(qiāng)設(shè)計(jì)

激(jī)光(guāng)器(qì)種(zhǒng)類(lèi)繁(fán)多(duō)，其(qí)中(zhōng)半(bàn)導(dǎo)體(tǐ)激(jī)光(guāng)器(qì)是(shì)信(xìn)息(xi)技(jì)術(shù)領(lǐng)域的(de)重(zhòng)要(yào)光(guāng)源(yuán)，但(dàn)其(qí)傳(chuán)統(tǒng)製(zhì)造(zào)工(gōng)藝(yì)通(tōng)常(cháng)工(gōng)序(xù)複(fù)雜(zá)且(qiě)成(chéng)本(běn)高(gāo)昂(áng)。

當(dāng)前(qián)，鈣(gài)鈦(tài)礦(kuàng)半(bàn)導(dǎo)體(tǐ)、有(yǒu)機(jī)半(bàn)導(dǎo)體(tǐ)和(hé)量(liàng)子(zi)點(diǎn)等(děng)新(xīn)型(xíng)激(jī)光(guāng)材(cái)料(liào)展(zhǎn)現(xiàn)出(chū)顯(xiǎn)著(zhe)優(yōu)勢(shì)。它(tā)們(men)可(kě)通(tōng)過(guò)溶(róng)液(yè)法(fǎ)製(zhì)備(bèi)，不(bù)僅(jǐn)加(jiā)工(gōng)成(chéng)本(běn)相(xiāng)對(duì)較(jiào)低(dī)，而且更容易集成到可大規模量產的矽基光電子平台上。在這些材料中，鈣鈦礦半導體因其發射光譜可調（可實現各種色彩），且在光泵(bèng)浦(pǔ)（即(jí)光(guāng)驅(qū)動(dòng)）條(tiáo)件(jiàn)下(xià)能(néng)實(shí)現(xiàn)極(jí)低(dī)的(de)激(jī)光(guāng)發(fā)射(shè)閾(yù)值(zhí)，具(jù)有(yǒu)十(shí)分(fēn)優(yōu)異(yì)的(de)技(jì)術(shù)前(qián)景(jǐng)。

驅(qū)動(dòng)激(jī)光(guāng)器(qì)工(gōng)作(zuò)所(suǒ)需(xū)的(de)外(wài)部(bù)能(néng)量(liàng)源主要包括電和光兩種形式。過去十餘年間，全球學者在光驅動鈣鈦礦激光方向取得了係列重要進展，然而，光驅動通常需要借助體積龐大的外部光源（如脈衝激光器），它使器件的適用範圍十分有限。研發電驅動鈣鈦礦激光器，是鈣鈦礦光電子學領域一直以來的最大挑戰，也是全球眾多科研團隊共同追尋的目標。

“為了實現電驅動激光發射，糖心免费视频發明了一種集成式的雙腔結構。糖心免费视频的方案是，將高功率微腔鈣鈦礦LED子單元與高質量單晶鈣鈦礦微腔子單元緊湊地集成在同一器件中”，狄大衛介紹。該器件將微腔鈣鈦礦LED在電激勵下產生的大量光子高效地耦合到第二個微腔中，並激發單晶鈣鈦礦增益介質，產生激光。

電驅動鈣鈦礦激光器結構 本文圖片均由通訊員供圖

“盡管集成式電驅動的原理本身並不複雜，但在著手製備激光器時，糖心免费视频還是經曆了不少挑戰“，鄒晨說。團隊此前沒有頂發射微腔器件的製備經驗，一切都要從零開始。從器件結構的設計優化，到製備工藝的摸索調試，再到測試係統的搭建驗證，每一步都需要反複試錯、逐步推進。當這些難題被逐一攻克，在電驅動下，團隊成員們第一次觀測到期待已久的激光光譜時，難以言喻的喜悅與振奮油然而生。

高效節能，高速調製

這種集成式激光器，包含可高效耦合的兩個光學微腔（耦合效率達82.7%）。在電脈衝下，微腔鈣鈦礦LED子單元產生約2.5*104 mW/cm2的峰值輻射功率密度，相當於約2.0*105 W/sr/m2的超高輻亮度。這個光功率被有效傳遞到單晶鈣鈦礦微腔中，並支持激光發射。

“這種新型半導體激光器已經展現出重要的技術潛力“，狄大衛介紹。在電激發條件下，鈣鈦礦激光器的激光閾值為92 A/cm2，比最好的電驅動有機激光器還要低一個數量級。而且，電驅動鈣鈦礦激光器表現出比有機激光器更優異的可重複性和穩定性，能在36.2 MHz的帶寬下實現快速調製。

電驅動鈣鈦礦激光器可用於光學數據傳輸等多種應用場景，還可用作集成光子芯片和可穿戴設備中的相幹光源。團隊發現，該器件能在36.2 MHz帶寬下通過電脈衝進行快速調製。這種調製速率是通過減小器件有效麵積以實現最小電阻電容（RC）常數，並使用矽襯底改善散熱實現的。趙保丹說：“在未來，糖心免费视频還需要克服微腔鈣鈦礦LED子單元納秒級的自發輻射壽命限製，以實現器件的GHz級高速運行。”

“從當前的‘集成式泵浦’架構過渡到更為簡潔的激光二極管結構，將是下一步研究工作的關鍵，因為這能實現更緊湊且可規模化的光電應用”，狄大衛說。在將這種新型半導體激光技術推向實際應用的進程中，團隊已經做好準備以迎接新的重大挑戰。