2019-05-22 交大光電室溫下成功操作薄膜雷射

交大光電室溫下成功操作薄膜雷射
經製程優化製作的鈣鈦礦薄膜雷射,可做為大面積均勻發光的光源使用。圖/交大提供

記者張雅婷╱即時報導

 

國立交通大學光電系特聘教授盧廷昌研究團隊,近期提出對鈣鈦礦材料品質的改進方式,並成功展現在可撓式基板上製作出可在室溫條件下操作的薄膜雷射的成果,盧廷昌表示,未來鈣鈦礦雷射光源波長範圍將可擴充至涵蓋可見光波段,可實際應用於內視鏡、智慧型穿戴裝置,或是直接承載於無人機上,以進行各種特殊環境下的照明、影像顯示或是生物數值量測等應用。

 

盧廷昌表示,近年來科學家發現有機金屬鹵化物鈣鈦礦晶體材料(organometal-halide perovskites)表現出極高的光電轉換效率,並具有許多特殊且有趣的光電材料特性,在發展新穎光電子元件如太陽能電池、發光二極體或是雷射發光元件上極具潛力。同時,鈣鈦礦晶體材料可經由簡易的溶液調配過程大量製作,因此具有低製作成本、可大面積製作及高幾何結構相容性等等特性,近來在太陽能玻璃及可撓式發光元件發展中引起了廣泛地興趣。

 

這項對於鈣鈦礦晶體材料應用於發光元件的研究,獲得突破性成果,並於2019年4月22日在奈米科學的標竿期刊「ACS Nano」發表「可撓性有機金屬-鹵化物鈣鈦礦雷射於降低於投影成像散斑之應用(Flexible Organometal-Halide Perovskite Lasers for Speckle Reduction in Imaging Projection)」。

 

交大團隊的研究成果指出,在沒有任何共振腔體的設計下,優化的鈣鈦礦薄膜即可在室溫激發的條件下,展現出低閾值的雷射發光特性,同時利用可撓性基板的侷部彎曲率增加,主動改變鈣鈦礦晶體間的散射強度,以獲取閾值降低、高品質的雷射發光。由於雷射出光特性來自於晶體間隨機散射,因此空間相干性低,可做為低雷射光斑產生的成像光源,未來可應用於新式光譜量測、生物成像、高品質照明等。

 

交大助理教授高宗聖表示,鈣鈦礦晶體材料品質及其在元件應用上的穩定度,一直以來是相關研究中最基礎也是最關鍵的挑戰。在團隊成員的努力下,將製備過程中的步驟進行細分,並探討各物理量對於鈣鈦礦晶體材料成長的影響,經系統化的歸納總結分析及反覆的測試實作後,可以得到材料優化的條件。未來可依各式光電元件對鈣鈦礦晶體材料的不同需求,在已建立的樣品製備資料庫中找出最適當的樣品製備方式。