AM：钙钛矿激光器十年
大家好，今天给大家分享的是AM上的文章“Ten Years of Perovskite Lasers”
【摘要】
在过去十年中，半导体卤化物钙钛矿激光器凭借其独特的特性（例如高光致发光量子产率、可调带隙和低成本制造工艺）已成为光电子学领域的变革性平台。本综述系统地研究了卤化物钙钛矿激光器的进展，涵盖了各种激光器架构，例如回音壁模式、法布里-珀罗模式、等离子体、连续介质中的束缚态 (BIC)、量子点和极化子激光器。文中讨论了光学增益机制、材料工程在优化激光性能中的作用以及与连续波 (CW) 泵浦和电驱动激光相关的挑战。此外，文中还重点介绍了在提高钙钛矿激光器的稳定性和可扩展性方面取得的最新进展，这对于将其集成到显示器、光通信、传感和集成光子学的实际应用中至关重要。最后，讨论了未来的研究方向，强调钙钛矿激光器通过推动下一代光子器件的发展而彻底改变各个技术领域的潜力。
【结论】
在本篇综述中，我们讨论了钙钛矿的发射特性，重点介绍了电子带隙工程、激子和自由载流子之间的载流子动力学以及光增益和光放大机制。钙钛矿激光器在光子学方面取得了显著进展，在效率、可调谐性和易于制造方面表现出独特的优势。各种激光器架构都取得了快速进展，包括回音壁模式、法布里-珀罗腔、等离子体和极化子激光器。室温连续泵浦激光的实现是实际应用的关键里程碑，得益于热管理、腔体设计和分子工程方面的进步。尽管取得了这些令人瞩目的成就，但钙钛矿激光器在成功实现实际应用方面仍面临重大的科学和技术挑战。下面，我们总结了主要挑战、当前解决方案和未来研究方向，以推动该领域的发展。
首先，工作条件下的包晶石材料稳定性继续限制着设备的使用寿命，环境因素和包晶石结合的离子性质加速了降解。这凸显了在成分工程、表面钝化和封装技术方面进行创新以提高材料耐用性的重要性。此外，对环境友好的无铅包晶[215] 替代品（如锡、锗和铋）也在积极研究之中，但它们目前的光电性能较低。继续研究材料成分和优化晶体结构对于开发稳定性和效率可与铅基同类产品媲美的无铅包光体至关重要。
其次，由于阈值电流密度高、焦耳热大以及电荷注入效率低，实现电泵浦钙钛矿激光（可扩展应用的主要目标）仍然难以实现。当前的器件设计存在过多热量积累的问题，导致材料快速退化和载流子复合效率降低。解决这些问题需要优化热管理，可能通过高热导率基板和热效率高的器件架构来实现，以及改进钙钛矿和电荷传输层之间的界面以减少非辐射复合损失。此外，探索先进的微腔设计可以增强光限制，有效降低激光阈值。将电激发与光增益相结合的混合泵浦方案也可以减轻钙钛矿层的直接电负载，为实现稳定的电驱动激光提供了一条有希望的途径。
第三，精确控制发射特性（如波长、偏振和模式）的能力对于将钙钛矿激光器集成到先进的光子系统中至关重要。虽然在发射调谐方面取得了实质性进展，但实现可靠的超快调制仍然具有挑战性。未来的研究应侧重于加深我们对钙钛矿光物理过程的理解，以支持开发具有灵活、高度可控的发射特性的设备。研究可扩展的制造技术，包括纳米压印光刻和激光辅助图案化，对于将钙钛矿激光器以高精度和可重复性集成到光子电路中也至关重要。
总之，随着材料科学、光子学和器件工程领域的跨学科努力不断推进，钙钛矿激光器有望成为光电子领域的一项变革性技术。通过不断创新，它们有潜力解决关键挑战，为下一代光子应用实现稳定、电力驱动和环境可持续的激光源。
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原文DOI：10.1002/adma.202413559
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