2019-05-22
圖一: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。 圖一: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。
交通大學光電系研究團隊研究成果
全球首發室溫操作可撓式鈣鈦礦雷射及其在影像顯示的新應用
 
由國立交通大學光電系盧廷昌特聘教授所領導的研究團隊,近期提出了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。
 
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)」。
 
交大光電系盧廷昌教授表示,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高宗聖助理教授表示: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。
 
補充資料:
研究團隊成員主要包括了:交通大學光電系盧廷昌特聘教授指導的實驗與量測研究團隊(洪國彬博士、李衡博士生、王郁琦碩士生)、交通大學光電系高宗聖助理教授指導的光學材料製備與量測研究團隊(洪瑜亨博士生)、交通大學光電系陳方中教授、國家同步輻射研究中心徐嘉鴻研究員、清華大學光電所李瑞光教授、義大利羅馬Sapienza大學物理系Claudio Conti教授。
 
研究團隊並表示,這個研究工作的完成,除感謝研究團隊的每位成員之努力外,還要特別感謝科技部計畫、國家奈米型計畫以及交通大學在設備與經費的支持。
 

附加資訊

  • 新聞類別: 科學新知
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  • 最新消息圖說1: 圖二: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。