近年来，纳米线激光器以其体积小、易于集成、阈值低和能耗低等优点成为实现微型光子集成系统的重要途径。将量子点与纳米线相结合，可以灵活地调节增益特性，从而使纳米线激光器具有优异的器件性能，例如低阈值和高温稳定性。与无机半导体量子点相比，碳量子（CQDs）点具有低毒性、低成本等优势。当CQDs用作激光器中的增益介质时，它可以提供高差分增益、低激光阈值和温度稳定性的潜力。由于其独特的光物理性质、低暗毒性和可调谐的表面功能，CQDs已被用作激光器的增益介质，并通过表面修饰实现了多波长激光器。

课题组提出了一种利用金纳米颗粒（Au NPs）、银纳米线（Ag NWs）和空心金属包覆谐振腔（HMCR）组成的自组装微结构实现可调窄带激光束输出的方法。通过化学反应，使Au NPs生长在Ag NWs表面，促进表面等离子体波（SPW）在Au NPs和Ag NW之间得到局域和增强，这导致了在间隙中电场功率密度的增强。同时，由于自由空间光耦合技术，光与物质的相互作用可以在谐振腔中充分实现，HMCR的有效折射率(Neff)保持在0 ~ 1之间。将CQDs和Au-Ag纳米线的混合溶液注入HMCR中。通过调整CQDs的浓度，在583-594nm范围内实现了宽波长可调性，随着浓度的增加，中心波长出现蓝移。这种基于自组装微结构的可调谐窄带CQDs激光器，为小型化多波长激光源的发展铺平了道路，并为未来的集成多波长激光源奠定了潜力。

图1.（a) CQDs和纳米线混合溶液示意图。实验装置示意图：（b）比色皿激光装置。（d）HMCR激光装置。（c）比色皿的激光发射光谱。（e）HMCR的激光发射光谱。

图2.（a）实验装置示意图。（b）HMCR中发射光谱的变化图。

图3.（a）不同浓度CQDs溶液配制示意图。b)不同浓度CQDs和金银纳米线混合溶液的激光发射光谱和照片。

图4.（a）银纳米线的透射电镜图。（b）金银复合纳米线的透射电镜图。（c-h）银纳米线和金-银复合纳米附近入射场的电场强度分布。（i-l）金银复合纳米线的元素扫描图像。

该成果发表在“Meng Zhang, Hailang Dai, and Xianfeng Chen, Tunable Narrowband Carbon Quantum Dots Laser Based on Self-Assembled Microstructure, Advanced Optical Materials, 2301156 (2023)”。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202301156