【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院上海微系統與信息技術研究所集成電路材料全國重點實驗室鄧詩凱研究員團隊，開發出一種基于鈣鈦礦量子點的柔性納米激光器，實現了機械變形下波長與強度高度穩定的納米激光器。傳統柔性光子器件雖能通過應變實現波長調諧，卻在變形時難以維持輸出穩定性；該結構雖采用泊松比約為0.5的聚二甲基硅氧烷襯底，卻因其在雙軸拉伸時晶格周期自補償效應，實現了高達15%應變下共振波長幾乎不變的關鍵突破。為未來智能傳感、增強現實(AR)顯示和生物集成光子技術開辟了新路徑。相關成果與2026年2月19日以“Quantum Dots on Flexible Nanohole Arrays Support Stable Nanolasing”為題發表于國際知名期刊《ACS Nano》。
 

　　該團隊提出將人臉識別作為可以利用柔性和穩定激光的場景之一。在這種情況下，人臉識別的分辨率由每個采樣點獲取的激光信號數量決定。通過在我們的柔性納米激光器中引入表面形變，可以實現具有穩定波長的可調諧激光束和角度。激光發射方向由發射點的表面法線決定。因此，通過控制凸起高度來調整發射點的法線方向，可以操控光束偏轉和激光發射范圍。此外，量子點表面納米孔陣列上凸起的數量和高度可以改變激光輸出的密度和角度。當集成到相機系統中時，調整這些凸起參數會改變激光信號的空間分布和數量，從而能夠精確控制從每個特征點收集的信息。為了實現這一提議的功能，需要一種能夠在拉伸和彎曲下保持穩定激光并實現光束角度控制的柔性納米激光器。
 

　　研究團隊設計了一種復合結構：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(CsPbBr3)薄膜。這種結構利用了導模共振(GMR)效應，當受到外部光泵浦時，能在特定波長(~532 nm，綠光)產生穩定的激光發射，閾值低至~15 μJ/cm2。通過理論模擬發現，當材料在受力形變時，其共振波長是否漂移，取決于一個關鍵參數——泊松比。通過精確調控PDMS的組分，使其泊松比達到~0.5，該結構在受到拉伸時，兩個正交方向的形變能夠相互“抵消補償”，保持有效周期和共振波長的穩定性，從而有效抑制了共振波長的漂移。
 

　　實驗結果表明，在高達15%的拉伸應變下，該納米激光器的發射波長和強度均保持穩定；在經過1000次的反復拉伸循環(5%應變)后，性能依然保持穩定。此外，研究團隊充分利用該器件的柔性和法向發射特性，展示了多種功能性應用。1. 通過將激光陣列貼附于曲面(圓柱面或球面)，實現了超過±50°的三維空間發射方向動態調控；2. 通過將柔性激光器直接貼合在旋轉風扇的葉片上，通過實時監測激光信號的周期性變化，完成了轉速測量，這種共形貼合的能力，使其能輕松應用于各種不規則運動部件的狀態監測。3. 通過在激光器下方制造不同高度的凸起結構，利用局部形變改變表面的法線方向，成功實現了光束角度的可編程控制即激光光斑面積的連續可調。研究團隊進一步提出了將該柔性穩定納米激光器應用于人臉識別系統的設想：通過調控陣列表面的凸起參數，可精確控制每個特征點采集的激光信號數量和角度，從而提升識別分辨率。
 

　　該研究不僅解決了柔性納米激光器在機械形變下的波長穩定性難題，還通過結構創新賦予器件主動空間光場操控能力，為柔性激光器從概念驗證走向實際應用奠定了基礎，在自適應AR投影顯示、非接觸式懸浮觸控界面及高速3D重建可編程結構光傳感器等下一代人機交互和智能感知應用場景中展現出廣闊前景。
 

　　論文的第一作者為上海微系統所的博士研究生鄭少斌，通訊作者為上海微系統所的鄧詩凱研究員。該研究得到了國家自然科學基金(No.62275257)、國家自然科學基金委海外高層次人才計劃、中國科學院引進人才計劃等項目的支持。