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交大光電研究團隊 成功在室溫操作可撓式鈣鈦礦雷射

2019-05-22 16:53經濟日報 記者李珣瑛╱即時報導

由國立交通大學光電系特聘教授盧廷昌所領導的研究團隊,提出對於鈣鈦礦材料品質的改進方式,並成功地在可撓式基板上製作出可在室溫條件下操作的薄膜雷射。

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,且因其輕薄、製作簡易及可製作於各式介面等元件特性,所以可實際應用於如內視鏡、智慧型穿戴裝置或是直接承載於無人機上,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等應用。

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此外,研究團隊更進一步地利用對於薄膜雷射的主動調控,探討其在高品質成像上的應用。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)」。

交大光電系教授盧廷昌表示,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。

交大團隊的研究成果清楚地指出,鈣鈦礦晶體材料作為雷射發光增益介質的潛力,但鈣鈦礦材料的品質穩定度和元件的熱管理,向來是發展鈣鈦礦雷射發光元件中的兩個主要關鍵。

在實驗中發現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,進一步地得到閾值降低的高品質雷射發光。

由於雷射出光特性來自於晶體間的隨機散射,因此空間相干性低,可以做為低雷射光斑產生的成像光源,未來可設計於新式光譜量測,生物成像和高品質照明等等應用。

研究團隊成員之一的交通大學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。

未來也可以依各式光電元件應用上對於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,對於將此新穎材料應用在新世代的光電子元件中極為重要。

鈣鈦礦薄膜雷射製作簡易,且可大面積製作於各式物理介面,未來可進一步整合至新式內視...
鈣鈦礦薄膜雷射製作簡易,且可大面積製作於各式物理介面,未來可進一步整合至新式內視鏡、智慧型穿戴裝置或是承載於無人機上,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等應用。 圖/交大提供
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
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

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