［本站讯］低维卤化物钙钛矿材料因显著的激子共振增强效应，展现出卓越的三阶及高阶非线性光学特性（如饱和吸收与非线性折射等）。然而，传统的铅基材料存在毒性问题，且其化学稳定性较差，在湿度、空气及高温环境下易降解，这引发了严重的环境与健康关切，并制约了其实际应用。因此，探索兼具优异光学特性与良好稳定性的无铅钙钛矿材料，并进一步优化其非线性光学性能，已成为该领域亟待解决的核心挑战之一。

近日，信息科学与工程学院、激光与红外系统集成教育部重点实验室李德春教授团队在无铅卤化物钙钛矿材料的非线性光学领域研究取得重要成果。该研究成果以“Activated Self-Trapped Excitons via Sb³⁺Doping in Lead-Free Perovskite Cs₃Cu₂I₅for Enhanced Nonlinear Optics and Ultrafast Mode-Locking Operation”为题，在国际光学期刊Advanced Optical Materials（影响因子：7.2）上发表，并被选为封底论文。

图1. Advanced Optical Materials: Volume 13, Issue 28封底图（Back Cover）

本研究从无铅钙钛矿材料入手，三元铜卤化物钙钛矿（Cs₃Cu₂I₅）因其结构稳定性、高PLQY（单晶达90%）、长载流子扩散长度及优异的环境稳定性成为研究热点。其零维结构中[Cu₂I₅]^3-单元与Cs⁺的空间分离有效限域，形成自陷激子（STE），从而实现强蓝光发射和大斯托克斯位移。为进一步优化性能，掺杂被证明是有效策略，可通过降低晶体局部对称性、调控自陷态分布来增强发光效率。

图2.Sb³⁺掺杂Cs₃Cu₂I₅SA的非线性光学特性以及锁模脉冲输出特性

研究团队通过反溶剂法制备微米级Cs₃Cu₂I₅和Sb掺杂Cs₃Cu₂I₅，并采用双平衡探测系统和开孔Z扫描技术对其宽带非线性光学特性进行了系统研究。与Cs₃Cu₂I₅相比，由于Sb³⁺离子优先取代Cs₃Cu₂I₅晶格中的铜位点，其较大的离子半径会引起显着的晶格畸变，这种结构扭曲促进了STE的形成和辐射复合，从而增强了STE发射，促进了高效的电荷转移过程，从而显着提高了Sb掺杂Cs₃Cu₂I₅的非线性吸收特性。此外，团队还研究了Cs₃Cu₂I₅和Sb掺杂Cs₃Cu₂I₅作为可饱和吸收体在掺镱、掺饵光纤激光器中的脉冲输出性能，发现Sb掺杂导致更宽的3 dB带宽和更窄的脉冲宽度。这种性能改善归因于Sb³⁺的引入，为电子跃迁提供了更有利的途径，加快了跃迁速率，从而缩短了响应时间。该研究不仅拓展了无铅金属卤化物钙钛矿在激光技术中的应用范围，也为开发高性能非线性光学材料提供了一条新的途径。

山东大学信息科学与工程学院、激光与红外系统教育部重点实验室李德春教授和褚宏伟 教授为通讯作者，2023级博士研究生姜宁为第一作者。以上研究工作得到了国家自然科学基金、山东省科技示范工程项目和山东省自然科学基金等多个科研项目的资助。