量子點環形激光器在不同的激光功率下輻射出不同顏色的光
據物理學組織網站2018年1月22日報道，研究人員設計出一種稱為量子點環形激光器的新型激光器。這個激光器能輻射出紅色、橙色和綠色光。不同的量子點輻射出不同顏色的光——紅色光來自中心量子點，綠色光來自外殼量子點，橙色光是中心量子點和外殼量子點輻射光的結合——並可通過控制來自中心量子點和外殼量子點輻射光之間的競爭，輕鬆進行切換。
瑞士蘇黎世聯邦理工工學院鮑里斯·樂·凡布爾、伊娃·德·利奧、弗雷迪·T·瑞保和大衛·J·諾里斯將研究成果發表在《Nano Letters》雜誌。
這項工作展示了以量子點為基礎的激光器可能產生的有趣效果，量子點是由半導體材料製成的納米晶體。在這些激光器中，量子點外殼通常塗有不同的材料。當發光時，外殼量子點不僅輻射出光，而且還將受激載流子（激子）轉移至中心量子點，這增強了激光器中心光輻射能力。
為了使量子點激光器在僅由中心量子點發光和僅由外殼量子點發光之間進行切換，研究人員設計了一種特殊的激光微腔，這是激光器的中心部分，負責限制光和反射光，直到光變得高度相關。雖然已對量子點激光器開展廣泛研究，但是目前並沒有對激光微腔對量子點激光器的性能影響開展大規模研究。
量子點環形激光器在不同的激光功率下輻射出不同顏色的光
在新的研究中，科學家製備出由高度結構化量子點環形陣列構成的高質量激光微腔。由此研製出的激光器表現出非常高的腔質量因子，幾乎比具有隨機激光微腔的傳統量子點激光器高一個數量級。
蘇黎世聯邦理工工學院材料工程教授諾瑞斯教授說：「我們能夠證明一個簡單的製造方法，產生高質量環形腔，使我們能夠探索量子點激光器中的「色彩轉換」行為。在低質量的微腔中，我們不太可能觀察到這種效果。」
研究人員證明，在低功率的情況下，新的激光器從中心量子點發出紅光，而在較高功率下，從殼體量子點發出綠光。在中等功率下，發出的光來自中心量子點和殼層量子點，因此呈現橙色。正如研究人員所解釋的那樣，只要激光功率足夠高，就可以完全抑制核心發射，因為核心發射發生在皮秒時間尺度上，而殼發射發生在亞皮秒時間尺度上，因此可以大大超出核心發射。
未來，量子點激光器的獨特性質可能導致激光顯示、化學感測和其他領域。但是在這些領域實現之前，研究人員計划進一步提高激光器性能。
在此次工作中，我們驗證了「色彩轉換」效應，但是在功率非常高的情況下發生顏色改變。下一步研究將探索相同的效應能否在更合理的功率下實現。這對於應用來說將非常有用。幸運的是，量子點不斷改善（就激光性能而言），我們可以立即將這些改進應用到我們的器件上。
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