室温条件下的表面等离激元纳米激光器低阈值激射问题研究与实现

For achieving low threshold lasing of tunable SPP lasers at room temperature, the project will develop SPP lasers based on single crystal perovskite nanowires and single crystal thin films. Theoretical study on optical process of SPP Laser with metal - dielectric – organic-inorganic hybrid perovskite nanowire structure. The organic-inorganic hybrid perovskite nanostructures are used as gain materials to study their special photon behavior in nanolasers based on SPPs, focusing on the laser radiation effect of organic-inorganic hybrid perovskite nanowires under the condition of SPP regulation based on different doping elements and micro-geometries, with the aim to realize tunable SPP laser with low lasing threshold in the whole visible range.

以实现室温可调谐SPP激光器的低阈值激射为目标，研制基于单晶钙钛矿纳米线及单晶银薄膜的SPP激光器。开展金属-介质-有机-无机杂化钙钛矿纳米线结构的SPP激光器光学过程的理论研究。利用有机-无机杂化钙钛矿纳米线作为增益材料，研究其在基于表面等离激元的纳米激光器中的特殊光子行为，重点开展基于不同掺杂元素及微观几何结构的有机-无机杂化钙钛矿纳米线在表面等离激元调控状态下的激光辐射效应，实现全可见光范围内可调谐低激射阈值表面等离激元激光输出。

以实现室温可调谐表面等离激元（SPP）激光器的低阈值激射为目标，在理论上研究了基于金属-介质-有机无机杂化钙钛矿纳米线结构的表面等离激元激光器的光学模式特征，验证了SPP激光器具有突破光学衍射极限的独特优势；研究了钙钛矿纳米线的合成工艺，通过引入电化学辅助方法改进现有的低温溶液合成工艺，实现了不同卤族元素组分的钙钛矿纳米线制备，所制备的纳米线具有规则的几何形貌、光洁的表面和优异的光学性能。结合单晶银薄膜，制备基于钙钛矿纳米线的SPP激光器，实现了室温大气环境下的低阈值激射，最低激射阈值为62uJ/cm2；通过调节泵浦能量密度，实现了激光模式在单一模式和多模式之间的转换，达到了调控激光器模式的目的；改变钙钛矿纳米线中卤族元素的组分，实现室温下激射波长可调谐的SPP激光器，调谐范围是520nm至550nm；基于钙钛矿的SPP激光器良好的稳定性，实现了长达40分钟的室温大气环境下连续飞秒脉冲激光泵浦的激射输出。本项目的研究结果为SPP激光器的实用化提供理论和技术基础。