从“光泵浦”迈向“电驱动” 浙江大学研制全球首个钙钛矿激光器打开微型光源新路径

激光因其高单色性、高方向性和高相干性,被广泛应用于通信、医学、科研等多个领域,是现代信息技术的重要基础。然而,传统半导体激光器的制造工艺复杂、成本高昂,成为制约其继续应用的瓶颈。如何研制出效率更高、体积更小、成本更低的激光器,一直是全球科学家的追求目标。 钙钛矿半导体作为新型激光材料,因其能实现多种色彩激光且具有极低的光驱动激光阈值,表现出显著的技术优势。然而,现有的光驱动钙钛矿激光器依赖价值百万元的飞秒激光器等庞大外置光源,功耗巨大、成本高昂,严重限制了实际应用。从光驱动向电驱动的转变,成为推动钙钛矿激光技术实用化的关键。 但此转变面临重大技术难题。钙钛矿半导体虽光激励下容易产生激光,但在电驱动条件下,高电场、大电流及其产生的热量会迅速引发材料降解和光学性能衰减,导致激光难以产生。这个问题涉及光子学、电子学、材料科学、器件物理等多个学科的交叉融合,其复杂程度堪比攀登科技领域的"珠穆朗玛峰"。 狄大卫团队将这一难题系统分解为两个核心问题。在光子学上,需要寻找理想的钙钛矿增益介质,同时构建低损耗、高精密的光学反馈结构。电子学上,需要实现大电流、高功率的钙钛矿器件,突破材料在电场下的不稳定性,同时大幅提升器件亮度、缩小器件尺寸。在多学科交叉的边界上寻求极限,正是这项研究的核心难度所在。 狄大卫在半导体光电领域已探索近二十年。从澳大利亚新南威尔士大学的硅太阳能电池研究,到英国剑桥大学卡文迪许实验室的光泵浦钙钛矿激光器研发,他逐步积累了深厚的学术基础。2014年,他所在课题组成功研制出全球首个室温工作的光泵浦钙钛矿激光器,但其对外置光源的依赖使其难以走向实用。这一经历让狄大卫更加坚定了实现电驱动钙钛矿激光器的决心。 2018年,狄大卫回国加入浙江大学,迅速搭建实验平台,组建研究团队,先后引进赵保丹、邹晨等多名青年人才,向这一领域的最高峰发起挑战。经过多年的系统研究和技术攻关,团队最终成功研制出世界首个电驱动钙钛矿激光器,这一成果标志着半导体激光技术实现了重要突破。 这项创新具有深远的应用前景。电驱动钙钛矿激光器体积极小、功耗更低、成本更优,有望在人脸识别、汽车雷达、医疗手术等众多领域实现广泛应用。更重要的是,它为下一代光电芯片、可穿戴设备等新兴技术领域打开了全新的可能性,有助于推动激光技术向微型化、集成化、节能化方向发展。

从爱因斯坦提出激光理论到第一台红宝石激光器问世,人类用了44年;如今,中国科学家完成了从光驱动到电驱动钙钛矿激光器的跨越。这个突破不仅展现了我国在交叉学科领域的创新能力,更表明了科研工作者"十年磨一剑"的坚持。在全球科技竞争日益激烈的今天,此类原创成果的涌现,正助力我国从科技大国迈向科技强国。