▌R1 在鈣鈦礦自發(fā)輻射增強效應中的應用利用超快激光對鈣鈦礦納米晶粒的自發(fā)輻射增強效應（ASE）的光致熒光角分辨光譜表征
鈣鈦礦 自發(fā)輻射增強（ASE） 超快時間分辨 光致熒光 角分辨光譜 有機發(fā)光材料
【概述】具有 ABX3 結構的有機-無機雜化鈣鈦礦在固態(tài)下自發(fā)輻射光致發(fā)光量子產率高達 90%，并在三維、二維和納米晶粒中存在 自發(fā)輻射增強 現象（Amplified spontaneous emission，ASE）。鈣鈦礦薄膜的空間拓展態(tài)的集體躍遷帶來的輻射特性具有一定的相干性，會帶來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了良好的應用前景。
圖1，鈣鈦礦納米晶粒的自發(fā)輻射增強機理探究
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2019 年 4 月，美國田納西大學胡斌教授和復旦大學資劍教授課題組在 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，作者將復享角分辨光譜設備與超快飛秒時間分辨光譜系統進行結合，研究了混合體系鈣鈦礦納米晶粒的 自發(fā)輻射增強 效應（圖1），通過本征摻雜方法來鈍化晶界缺陷，在薄膜鈣鈦礦中形成混合的大/小晶粒，實現 ASE。
【樣品 & 測試】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應的 SEM 圖。大晶粒鈣鈦礦薄膜結晶速度很快，顏色在旋涂過程中從無色變?yōu)殚冱S色。小晶粒鈣鈦礦結晶速率很慢，整個旋涂過程中保持無色，退火后開始結晶變?yōu)殚冱S色。在混合大小晶粒的兩種前驅體后，顏色在旋涂過程中從無色變?yōu)殚冱S色，退火后顏色進一步發(fā)生變化。結果證明，在混合前驅體結晶過程中，先是大晶粒鈣鈦礦薄膜結晶，然后小晶粒鈣鈦礦再發(fā)生結晶。
圖2，三種鈣鈦礦薄膜（大晶粒、小晶粒、大小晶粒混合體系）的制備過程及 SEM 圖
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圖3為作者利用復享光學的 R1 角分辨測量系統 對樣品進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)的內稟極化問題。角分辨熒光光譜表征結果顯示，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；大小晶粒混合的薄膜在低于激發(fā)閾值時，其 546nm 波段的 PL 空間輻射分布在 85° 和 95° 呈略橢圓形，當激光功率提高到 100μW 時，輻射空間分布主要沿著 140° 和 40°。
圖3，R1 對自發(fā)輻射（ASE）鈣鈦礦納米晶粒的空間輻射分布表征
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綜上數據分析，樣品的 ASE 躍遷偶極子來源于含有大/小晶粒混合的鈣鈦礦薄膜中的大晶粒組分。當激發(fā)強度低于泵浦閾值時，側向發(fā)射量大大減小，正面反射占主導，表現為各項同性輻射，當激發(fā)強度高于閾值時，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】綜上所述，作者利用角分辨光譜與超快飛秒時間分辨光譜表征手段結合的方式（圖4），研究了混合體系鈣鈦礦納米晶粒的 自發(fā)輻射增強 效應，發(fā)現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，復享光學的 R1 角分辨光譜測量系統 的五維樣品調節(jié)功能、專業(yè)的防震設計、優(yōu)異的角分辨性能參數、開放式的系統模塊為作者的開放式平臺的光路耦合提供了友好的交互界面，復享光學的應用積累及專業(yè)的定制服務為有機發(fā)光材料領域的研究提供了有力的保障。▌
圖4，角分辨光譜測量系統與超快飛秒泵浦探測系統示意圖
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【參考文獻】
? 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
?復旦大學2019年白玉杰博士論文：納米光子學材料的機理、表征和應用
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