【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所集成電路材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄧詩(shī)凱研究員團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出一種基于鈣鈦礦量子點(diǎn)的柔性納米激光器，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械變形下波長(zhǎng)與強(qiáng)度高度穩(wěn)定的納米激光器。傳統(tǒng)柔性光子器件雖能通過應(yīng)變實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)諧，卻在變形時(shí)難以維持輸出穩(wěn)定性；該結(jié)構(gòu)雖采用泊松比約為0.5的聚二甲基硅氧烷襯底，卻因其在雙軸拉伸時(shí)晶格周期自補(bǔ)償效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)15%應(yīng)變下共振波長(zhǎng)幾乎不變的關(guān)鍵突破。為未來智能傳感、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)顯示和生物集成光子技術(shù)開辟了新路徑。相關(guān)成果與2026年2月19日以“Quantum Dots on Flexible Nanohole Arrays Support Stable Nanolasing”為題發(fā)表于國(guó)際知名期刊《ACS Nano》。
 

　　該團(tuán)隊(duì)提出將人臉識(shí)別作為可以利用柔性和穩(wěn)定激光的場(chǎng)景之一。在這種情況下，人臉識(shí)別的分辨率由每個(gè)采樣點(diǎn)獲取的激光信號(hào)數(shù)量決定。通過在我們的柔性納米激光器中引入表面形變，可以實(shí)現(xiàn)具有穩(wěn)定波長(zhǎng)的可調(diào)諧激光束和角度。激光發(fā)射方向由發(fā)射點(diǎn)的表面法線決定。因此，通過控制凸起高度來調(diào)整發(fā)射點(diǎn)的法線方向，可以操控光束偏轉(zhuǎn)和激光發(fā)射范圍。此外，量子點(diǎn)表面納米孔陣列上凸起的數(shù)量和高度可以改變激光輸出的密度和角度。當(dāng)集成到相機(jī)系統(tǒng)中時(shí)，調(diào)整這些凸起參數(shù)會(huì)改變激光信號(hào)的空間分布和數(shù)量，從而能夠精確控制從每個(gè)特征點(diǎn)收集的信息。為了實(shí)現(xiàn)這一提議的功能，需要一種能夠在拉伸和彎曲下保持穩(wěn)定激光并實(shí)現(xiàn)光束角度控制的柔性納米激光器。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種復(fù)合結(jié)構(gòu)：在一片具有周期性納米孔陣列的PDMS薄膜上，填充并覆蓋一層鈣鈦礦量子點(diǎn)(CsPbBr3)薄膜。這種結(jié)構(gòu)利用了導(dǎo)模共振(GMR)效應(yīng)，當(dāng)受到外部光泵浦時(shí)，能在特定波長(zhǎng)(~532 nm，綠光)產(chǎn)生穩(wěn)定的激光發(fā)射，閾值低至~15 μJ/cm2。通過理論模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料在受力形變時(shí)，其共振波長(zhǎng)是否漂移，取決于一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)——泊松比。通過精確調(diào)控PDMS的組分，使其泊松比達(dá)到~0.5，該結(jié)構(gòu)在受到拉伸時(shí)，兩個(gè)正交方向的形變能夠相互“抵消補(bǔ)償”，保持有效周期和共振波長(zhǎng)的穩(wěn)定性，從而有效抑制了共振波長(zhǎng)的漂移。
 

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在高達(dá)15%的拉伸應(yīng)變下，該納米激光器的發(fā)射波長(zhǎng)和強(qiáng)度均保持穩(wěn)定；在經(jīng)過1000次的反復(fù)拉伸循環(huán)(5%應(yīng)變)后，性能依然保持穩(wěn)定。此外，研究團(tuán)隊(duì)充分利用該器件的柔性和法向發(fā)射特性，展示了多種功能性應(yīng)用。1. 通過將激光陣列貼附于曲面(圓柱面或球面)，實(shí)現(xiàn)了超過±50°的三維空間發(fā)射方向動(dòng)態(tài)調(diào)控；2. 通過將柔性激光器直接貼合在旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇的葉片上，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光信號(hào)的周期性變化，完成了轉(zhuǎn)速測(cè)量，這種共形貼合的能力，使其能輕松應(yīng)用于各種不規(guī)則運(yùn)動(dòng)部件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。3. 通過在激光器下方制造不同高度的凸起結(jié)構(gòu)，利用局部形變改變表面的法線方向，成功實(shí)現(xiàn)了光束角度的可編程控制即激光光斑面積的連續(xù)可調(diào)。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了將該柔性穩(wěn)定納米激光器應(yīng)用于人臉識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)想：通過調(diào)控陣列表面的凸起參數(shù)，可精確控制每個(gè)特征點(diǎn)采集的激光信號(hào)數(shù)量和角度，從而提升識(shí)別分辨率。
 

　　該研究不僅解決了柔性納米激光器在機(jī)械形變下的波長(zhǎng)穩(wěn)定性難題，還通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新賦予器件主動(dòng)空間光場(chǎng)操控能力，為柔性激光器從概念驗(yàn)證走向?qū)嶋H應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，在自適應(yīng)AR投影顯示、非接觸式懸浮觸控界面及高速3D重建可編程結(jié)構(gòu)光傳感器等下一代人機(jī)交互和智能感知應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出廣闊前景。
 

　　論文的第一作者為上海微系統(tǒng)所的博士研究生鄭少斌，通訊作者為上海微系統(tǒng)所的鄧詩(shī)凱研究員。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(No.62275257)、國(guó)家自然科學(xué)基金委海外高層次人才計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院引進(jìn)人才計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。