▌R1 在鈣鈦礦自發(fā)輻射增強(qiáng)效應(yīng)中的應(yīng)用利用超快激光對(duì)鈣鈦礦納米晶粒的自發(fā)輻射增強(qiáng)效應(yīng)（ASE）的光致熒光角分辨光譜表征
鈣鈦礦 自發(fā)輻射增強(qiáng)（ASE） 超快時(shí)間分辨 光致熒光 角分辨光譜 有機(jī)發(fā)光材料
【概述】具有 ABX3 結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦在固態(tài)下自發(fā)輻射光致發(fā)光量子產(chǎn)率高達(dá) 90%，并在三維、二維和納米晶粒中存在 自發(fā)輻射增強(qiáng) 現(xiàn)象（Amplified spontaneous emission，ASE）。鈣鈦礦薄膜的空間拓展態(tài)的集體躍遷帶來(lái)的輻射特性具有一定的相干性，會(huì)帶來(lái)空間輻射的各向異性，為薄膜激光器件中使用混合鈣鈦礦帶來(lái)了良好的應(yīng)用前景。
圖1，鈣鈦礦納米晶粒的自發(fā)輻射增強(qiáng)機(jī)理探究
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2019 年 4 月，美國(guó)田納西大學(xué)胡斌教授和復(fù)旦大學(xué)資劍教授課題組在 Advanced Optical Materials 上發(fā)表了一篇題為《Amplified Spontaneous Emission Realized by Cogrowing Large/Small Grains with Self-Passivating Defects and Aligning Transition Dipoles》的文章，作者將復(fù)享角分辨光譜設(shè)備與超快飛秒時(shí)間分辨光譜系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，研究了混合體系鈣鈦礦納米晶粒的 自發(fā)輻射增強(qiáng) 效應(yīng)（圖1），通過本征摻雜方法來(lái)鈍化晶界缺陷，在薄膜鈣鈦礦中形成混合的大/小晶粒，實(shí)現(xiàn) ASE。
【樣品 & 測(cè)試】圖2為大晶粒、小晶粒、大小晶粒混合體系制備過程中的照片及對(duì)應(yīng)的 SEM 圖。大晶粒鈣鈦礦薄膜結(jié)晶速度很快，顏色在旋涂過程中從無(wú)色變?yōu)殚冱S色。小晶粒鈣鈦礦結(jié)晶速率很慢，整個(gè)旋涂過程中保持無(wú)色，退火后開始結(jié)晶變?yōu)殚冱S色。在混合大小晶粒的兩種前驅(qū)體后，顏色在旋涂過程中從無(wú)色變?yōu)殚冱S色，退火后顏色進(jìn)一步發(fā)生變化。結(jié)果證明，在混合前驅(qū)體結(jié)晶過程中，先是大晶粒鈣鈦礦薄膜結(jié)晶，然后小晶粒鈣鈦礦再發(fā)生結(jié)晶。
圖2，三種鈣鈦礦薄膜（大晶粒、小晶粒、大小晶?；旌象w系）的制備過程及 SEM 圖
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圖3為作者利用復(fù)享光學(xué)的 R1 角分辨測(cè)量系統(tǒng) 對(duì)樣品進(jìn)行空間輻射分布表征，通過其變角度光致熒光（PL）光譜（圖3），探討鈣鈦礦晶粒在 ASE 狀態(tài)的內(nèi)稟極化問題。角分辨熒光光譜表征結(jié)果顯示，純小晶粒體系鈣鈦礦薄膜的光致 PL 的空間輻射分布為圓形，大發(fā)射角度在 90° 方向，是各向同性的發(fā)光方式；純大晶粒體系鈣鈦礦薄膜的 PL 的空間輻射分布為橢圓，其躍遷偶極子的方向是垂直于薄膜表面方向；大小晶?；旌系谋∧ぴ诘陀诩ぐl(fā)閾值時(shí)，其 546nm 波段的 PL 空間輻射分布在 85° 和 95° 呈略橢圓形，當(dāng)激光功率提高到 100μW 時(shí)，輻射空間分布主要沿著 140° 和 40°。
圖3，R1 對(duì)自發(fā)輻射（ASE）鈣鈦礦納米晶粒的空間輻射分布表征
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綜上數(shù)據(jù)分析，樣品的 ASE 躍遷偶極子來(lái)源于含有大/小晶?；旌系拟}鈦礦薄膜中的大晶粒組分。當(dāng)激發(fā)強(qiáng)度低于泵浦閾值時(shí)，側(cè)向發(fā)射量大大減小，正面反射占主導(dǎo)，表現(xiàn)為各項(xiàng)同性輻射，當(dāng)激發(fā)強(qiáng)度高于閾值時(shí)，混合鈣鈦礦的薄膜大/小晶粒晶界缺陷由于附加小晶粒的鈍化而減少，ASE 其以偶極躍遷的方式輻射光子，其發(fā)光以偶極輻射形式為主，其空間輻射偏向于 140° 和 40° 方向。
【總結(jié)】綜上所述，作者利用角分辨光譜與超快飛秒時(shí)間分辨光譜表征手段結(jié)合的方式（圖4），研究了混合體系鈣鈦礦納米晶粒的 自發(fā)輻射增強(qiáng) 效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)小晶粒能夠鈍化大晶粒的表面缺陷，提高混合體系的發(fā)光特征。文中，復(fù)享光學(xué)的 R1 角分辨光譜測(cè)量系統(tǒng) 的五維樣品調(diào)節(jié)功能、專業(yè)的防震設(shè)計(jì)、優(yōu)異的角分辨性能參數(shù)、開放式的系統(tǒng)模塊為作者的開放式平臺(tái)的光路耦合提供了友好的交互界面，復(fù)享光學(xué)的應(yīng)用積累及專業(yè)的定制服務(wù)為有機(jī)發(fā)光材料領(lǐng)域的研究提供了有力的保障。▌
圖4，角分辨光譜測(cè)量系統(tǒng)與超快飛秒泵浦探測(cè)系統(tǒng)示意圖
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【參考文獻(xiàn)】
? Bai, Yujie, et al. "Amplified Spontaneous Emission Realized by Cogrowing Large/Small Grains with Self‐Passivating Defects and Aligning Transition Dipoles." Advanced Optical Materials (2019). Link
?復(fù)旦大學(xué)2019年白玉杰博士論文：納米光子學(xué)材料的機(jī)理、表征和應(yīng)用
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