卤素钙钛矿的光学参量调制

近年来，钙钛矿材料由于其独特的光电性质，例如高吸光系数、长载流子寿命等，在光电器件领域引起了广泛关注1。光学参量调制在显示技术和光通讯领域起着很重要的作用，然而目前光学参量调制技术还不够成熟。钙钛矿材料恰好可以成为材料和光学之间的桥梁。通过改变钙钛矿材料的成分组成和纳米结构，可以实现对光强、频率、偏振和相位这些光学参量的调制。钙钛矿材料的物理化学性质和它的纳米结构息息相关，因此也会影响它应用在光电器件上的性能。对钙钛矿材料实现形貌和结构上的可控合成，便可以实现相应光学参数的调制。总结并建立钙钛矿材料和光学参数之间的联系是非常具有指导性意义的，对显示技术和光通讯领域的发展有关键的作用。

本文亮点 

通过改变钙钛矿材料的成分组成和纳米结构，我们可以实现对光强、频率、偏振和相位这些光学参量的调制：

（1）通过对钙钛矿晶粒的尺寸和表面进行调控来调制其发光强度。

（2）通过对钙钛矿组分的调控来调制其发光频率。

（3）通过可控合成具有各向异性形貌的钙钛矿以及定向排列来调制光的偏振。

（4）指出了光学相位调制的方向，即改变钙钛矿材料中光生载流子的数目。

图1. 钙钛矿材料用于光频率调制的三种方法

图2. 钙钛矿材料用于光偏振调制的三种方法

光频率的调制可以反映在发光波长的变化上，因此在宏观上我们可以观察到不同的发光颜色。（1）钙钛矿材料中最普遍的方法是调整钙钛矿中卤化物的组成和控制离子迁移来实现发光颜色的可调性2。钙钛矿材料中Br-基钙钛矿是最稳定的相，所以一般也以此为基础研究它的离子迁移，当I-增多，发光峰便会红移，钙钛矿发出红光；当Cl-增多，发光峰便会蓝移，钙钛矿发出蓝光。（2）掺杂也会对光频率的调制有帮助3。例如往钙钛矿中掺杂一定量的Mn2+代替原本位置的Pb2+，会导致发光峰的红移。（3）还有一些新方法也会帮助光频率调制，如动态光诱导相偏析的方法。

光的偏振是指光横波的振动矢量（垂直于波的传播方向）在一定方向上有偏置的现象。为了提高发光的偏振度，可以通过可控合成具有各向异性结构的钙钛矿，如纳米线或者纳米棒，进一步通过一些手段对纳米线或者纳米棒进行定向排列，可以有效提高发光的偏振度4。这些方法有：（1）机械拉伸法。将钙钛矿材料复合在聚合物薄膜里，再通过拉伸薄膜的方法，提高薄膜发光的偏振度。（2）激光直写打印。通过激光直写的方法将钙钛矿纳米线墨水打印成不同的图案，这样的发光薄膜具有非常好的偏振度，且在不同偏振方向下观察可以看到不同的图案。（3）静电纺丝法。通过静电纺丝的方法将钙钛矿纳米线进行定向排列，因此得到高偏振度的发光薄膜。

钙钛矿材料具有优异的光电性能，体现在强的光学吸收，光学带隙可调，光致发光效率高等特点，因此钙钛矿材料在光学器件上有非常广泛的应用。由于光学参量难以控制，发展光参量调制技术是非常必要的。目前，光参量调制技术在新型显示技术和光通讯中有着广泛的应用。光学强度、频率、偏振是显示领域很重要的参数，而光相位调制在光通讯中应用更广泛，如光信号处理、微波信号处理等领域。钙钛矿作为一种发光材料，光学参数可以通过调节材料参数来调制。因此我们可以通过改变材料的微观结构来改变其光电特性，从而进一步调制发光的光学参数。

近年来，在钙钛矿领域，对发光强度和频率的研究已经比较成熟了，主要通过对钙钛矿晶粒的尺寸和表面进行调控来实现发光强度的增强，通过对钙钛矿组分的调控来实现发光频率的调制。对钙钛矿形貌的调控，实现钙钛矿零维量子点、一维纳米线/纳米棒、二维纳米片、三维纳米晶之间的可控合成转换，可以有效的提高发光偏振性。对于光学相位调制的研究还处于初级阶段，钙钛矿材料中光生载流子的数目决定了光的相位，因此可以从这一特点对光学相位进行调控。

作者总结指出，通过对钙钛矿材料参数的调控，并加以微纳加工技术，对光学参数进行精确调制。这篇综述建立了钙钛矿材料与光学参数之间的联系，为光调制技术的发展提供方向，促进了显示领域和光通信领域的发展。

来源：ACS美国化学会