本发明属于但不限于半导体激光材料，尤其涉及一种空气中长时间稳定的激光增益介质及其制备方法。
背景技术：
1、作为激光器的三大功能部件之一，光增益介质决定了输出激光的波长。1960年，美国科学家t.h.maima使用红宝石晶体作为光增益介质，制备出世界上第一台激光器[参考文献：nature reviewer materials,6,382-401(2021)]。随着不同中心波长激光光源的出现，其在环境检测、医疗保健、制造和光谱学等诸多科学和技术领域中的应用价值得到了广泛认可和高度关注。因此，光增益介质一直是一个备受探索的研究领域，尤其是新材料的涌现进一步推动了该领域的研究。
2、金属卤化物钙钛矿因其卓越的光电性能、低廉的制备成本和广泛的衬底兼容性，已成为重要的光增益材料，其性能不断突破，已经成为光增益介质研究的一大热点。在各类钙钛矿中，3d钙钛矿一般具有较低的激子束缚能，不利于辐射复合，导致发光效率低，光增益阈值高。3d钙钛矿的保存和使用环境有严格的要求，这限制了此类材料的实际应用。钙钛矿量子点具有强离子键特性使得其易于在室温下快速形成，但同时使其在极性溶剂中溶解度较高。这种溶解性限制了钙钛矿量子点作为光增益材料的实际应用。在高密度光泵浦、潮湿、局部高温或者含氧环境下，钙钛矿量子点容易发生水合作用、分解和氧化反应，导致其光学性能下降。当受到纳秒激光泵浦时，由于纳秒激光更高的热效应，上述钙钛矿往往无法维持长时间的光增益，甚至丧失光增益。
3、现有技术存在的急需解决的技术问题为：
4、目前钙钛矿材料空气中光增益效率低；绝大部分不能实现纳秒激光泵浦光增益，或者在纳秒激光泵浦下无法长时间维持光增益。
5、因此，如何设计一种低阈值、高效率、高稳定性的钙钛矿型光增益介质，且能满足空气中长时间纳米激光泵浦，是当前研究的重要课题和挑战。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种空气中长时间稳定的钙钛矿型激光增益介质及其制备方法，能在空气中受纳秒激光长时间泵浦，展现优异的光增益性能。
2、本发明是这样实现的，一种空气中长时间稳定的激光增益介质，所述激光介质是2d钙钛矿薄膜，所述钙钛矿结构式为(fpea)2pbnbr3n+1,n≥1为pbbr64-八面体的层数，所述fpea为氟化苯乙胺。
3、本发明另一目的在于提供一种空气中长时间稳定的激光增益介质的制备方法，包括如下步骤：
4、步骤一：在惰性环境中称量fpeabr，并溶解于溶剂，形成前驱体液i；
5、步骤二：称量pbbr2,并溶解于溶剂，形成前驱体液ii；
6、步骤三：按比例取前驱体液i和前驱体液ii混合，并置于适当温度b1搅拌一段时间t1，得到混合液i；
7、步骤四：将上述混合好的溶液，用滤头过滤，得到混合液ii；
8、步骤五：清洗基底，并对基底表面进行亲水处理；
9、步骤六：取适量混合液ii，采用旋涂或刮涂的方法得到钙钛矿初始膜；随后采用反溶剂滴涂的方法，得到2d钙钛矿膜；
10、步骤七；将pbbr2溶解到适量的hbr中，并在冰水环境中搅拌一段时间t2，保证pbbr2完全溶解；
11、步骤八：在上述溶液中滴加ch3oh，随后滴加适量的氟苯基乙胺，待完全混合后，形成溶液iii；
12、步骤九：将步骤四中的溶液ii和步骤八中的溶液iii分别静置一段时间t3，溶液中逐渐析出晶体；经过减压抽滤，并在真空干燥箱中，在温度b2中烘干一段时间t4，得到干燥晶体；
13、步骤十：以步骤九中的晶体为原料，以步骤五中的基底，采用蒸镀、气相沉积制备得到2d钙钛矿膜；并对得到的2d钙钛矿膜在温度b3中退火一段时间t5。
14、进一步，步骤一和步骤二中所述溶剂包括但不限于二甲基亚砜、二甲基甲酰胺等；所述溶剂能同时溶解fpeabr和pbbr2。
15、进一步，步骤五中所述基底包括但不限于硅片、石英片、云母片、蓝宝石等；所述基底，其折射率没有具体要求。
16、进一步，步骤五中所述基底表面进行亲水处理方法包括但不限于等离子刻蚀、食人鱼刻蚀液等。
17、进一步，温度b1为室温～45℃，温度b2为45～80℃，温度b3为60～110℃。
18、进一步，时间t1为12～36h；时间t2为20min～3h；时间t3为12～72h；时间t4为1～24h；时间t4为3～24h。
19、进一步，所述增益介质制备方法包括但不限于蒸镀、气相沉积、旋涂、刮涂等方法。
20、进一步，得到的2d钙钛矿薄膜受飞秒激光、纳秒激光泵浦激发后，表现出光增益特点，且光增益阈值低。
21、本发明的另一目的在于提供一种由空气中长时间稳定的激光增益介质的制备方法制备得到的2d钙钛矿薄膜型激光增益介质，在空气中稳定且工作时间长。
22、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
23、第一、本发明所提供的增益介质为2d钙钛矿薄膜，可以在空气中长时间、高功率的飞秒激光和纳秒激光泵浦下稳定实现增益效果，同时具有低光阈值特性、低成本的特性。
24、将无机钙钛矿量子点和有机物融合形成的2d钙钛矿薄膜，解决了目前钙钛矿材料空气中光增益效率低的问题。另一个制约钙钛矿增益介质实际应用的问题是绝大部分不能实现纳秒激光泵浦光增益，或者在纳秒激光泵浦下无法长时间维持光增益。2d钙钛矿(fpea)2pbnbr3n+1,n≥1不仅很好的解决空气中长时间工作的问题，同时在纳秒激光泵浦下，展现出比飞秒激光更好的长时间工作稳定性。
25、2d钙钛矿(fpea)2pbnbr3n+1,n≥1通过调控fpea和pbbr2的比例调控钙钛矿的层数，优化光增益性能。调控温度、时间、溶剂、溶液浓度、制备方法等可以进一步优化光增益阈值和稳定性。这些调控方法是商用化的基础和调控手段，有助于提高光增益介质的性能、降低制备难度、增强稳定性并提供更清晰明确的操作方式，为激光增益介质的发展和应用提供了新的性。
26、第二，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在，本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：
27、与飞秒激光相比，纳秒激光具有更高的热效应，破坏性更强。因此，纳秒激光泵浦实现光增益的困难更多。尽管有报道，在纳秒激光泵浦下，一些钙钛矿材料具有不错的光增益性能，但是在空气中，纳秒激光泵浦实现长时间且稳定的光增益仍然面临挑战。在纳秒激光泵浦下光增益介质的光增益性能很快衰减。本发明制备的2d钙钛矿不仅实现纳秒激光泵浦低阈值光增益，同时长时间泵浦下，光增益性能维持在初始值的90％以上。更为重要的是，在空气中光增益的稳定性比在真空和氮气更好，使得本发明中的增益介质更具有实用价值。本发明解决了长久以来制约激光增益介质的技术难题。
28、第三，本发明解决了现有技术中钙钛矿激光增益介质在空气中稳定性差的问题。传统的钙钛矿材料在空气中容易受到湿度、氧气和光照等环境因素的影响，导致其性能迅速下降，严重限制了其在实际应用中的可靠性和寿命。通过采用2d钙钛矿薄膜，本发明显著提高了材料的环境稳定性，使其能够在空气中长时间保持优异的激光增益特性。
29、本发明在钙钛矿激光增益介质的制备方法上取得了重要进展。通过引入fpea(氟化苯乙胺)作为有机配体，优化了钙钛矿的结构，形成了(fpea)2pbnbr3n+1的2d钙钛矿结构。这种结构不仅增强了钙钛矿薄膜的稳定性，还改善了其光电性能，有效抑制了多晶界和缺陷态对激光增益的负面影响，从而提升了激光输出的效率和稳定性。
30、本发明创新地设计了分步制备工艺，包括前驱体溶液的制备、混合、过滤、旋涂/刮涂和反溶剂滴涂等步骤，并通过精确控制溶液的配比、搅拌时间、温度等工艺参数，成功制备出高质量的2d钙钛矿薄膜。这一方法简化了制备流程，提高了制备的可重复性和一致性，显著降低了生产成本，为大规模工业应用提供了。
31、最终，本发明通过改进材料成分和优化制备工艺，成功实现了在空气中长时间稳定的钙钛矿激光增益介质。这一技术进步不仅解决了现有技术中稳定性差的瓶颈问题，还大幅提升了钙钛矿激光器件的性能，为新一代高性能激光器的开发奠定了坚实的基础。这种稳定且高效的激光增益介质在光通信、激光显示、传感和医疗等领域具有广阔的应用前景。
32、第四，本发明通过优化溶剂和基底的选择，以及精确控制制备过程中各参数，解决了现有技术中钙钛矿激光增益介质在空气中稳定性差的问题。现有技术中的钙钛矿材料在空气中容易降解，影响其性能和寿命。本发明采用二甲基亚砜和二甲基甲酰胺等溶剂，这些溶剂能够同时溶解fpeabr和pbbr2，确保前驱体溶液的均匀性，进而提高了制备的钙钛矿薄膜的质量和稳定性。
33、本发明在基底选择和表面处理方面取得了重要进展。选择了包括硅片、石英片、云母片和蓝宝石等多种基底，这些基底的折射率没有具体要求，使得工艺适用性更广泛。基底表面进行亲水处理的方法，包括等离子刻蚀和食人鱼刻蚀液等，不仅提高了钙钛矿薄膜的附着力，还进一步增强了薄膜的稳定性和均匀性，从而提升了整体制备效果。
34、本发明通过精确控制制备过程中的温度和时间参数，实现了对钙钛矿薄膜的高效制备。具体来说，温度b1控制在室温至45℃，温度b2控制在45至80℃，温度b3控制在60至110℃，时间t1为12至36小时，时间t2为20分钟至3小时，时间t3为12至72小时，时间t4为1至24小时。通过这些参数的优化，不仅提高了钙钛矿晶体的纯度和质量，还显著提升了薄膜的光电性能和环境稳定性。
35、最终，本发明通过系统优化制备工艺，成功制备了在空气中长时间稳定的2d钙钛矿激光增益介质。这一技术进步显著提升了钙钛矿激光器件的性能和可靠性，使其能够在各种复杂环境中保持优异的激光增益特性。这为新一代高性能激光器的开发提供了坚实的基础，并在光通信、激光显示、传感和医疗等领域展现出广阔的应用前景。
1.一种空气中长时间稳定的激光增益介质，其特征在于，所述激光介质是2d钙钛矿薄膜，所述钙钛矿结构式为(fpea)2pbnbr3n+1,n≥1为pbbr64-八面体的层数，所述fpea为氟化苯乙胺。
2.一种如权利要求1所述的空气中长时间稳定的激光增益介质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的空气中长时间稳定的激光增益介质的制备方法，其特征在于，步骤一和步骤二中所述溶剂包括但不限于二甲基亚砜、二甲基甲酰胺；所述溶剂同时溶解fpeabr和pbbr2。
4.如权利要求2所述的空气中长时间稳定的激光增益介质的制备方法，其特征在于，步骤五中所述基底包括但不限于硅片、石英片、云母片、蓝宝石。
5.如权利要求2所述的空气中长时间稳定的激光增益介质的制备方法，其特征在于，步骤五中所述基底表面进行亲水处理方法包括但不限于等离子刻蚀、食人鱼刻蚀液。
6.如权利要求2所述的空气中长时间稳定的激光增益介质的制备方法，其特征在于，温度b1为室温～45℃，温度b2为45～80℃，温度b3为60～110℃。
7.如权利要求2所述的空气中长时间稳定的激光增益介质的制备方法，其特征在于，时间t1为12～36h；时间t2为20min～3h；时间t3为12～72h；时间t4为1～24h；时间t4为3～24h。
8.如权利要求2所述的空气中长时间稳定的激光增益介质的制备方法，其特征在于，所述增益介质制备方法包括但不限于蒸镀、气相沉积、旋涂、刮涂。
9.如权利要求2所述的空气中长时间稳定的激光增益介质的制备方法，其特征在于，得到的2d钙钛矿薄膜受飞秒激光、纳秒激光泵浦激发后，表现出光增益特点，且光增益阈值低。
10.一种由权利要求2～9任意一项所述的空气中长时间稳定的激光增益介质的制备方法制备得到的2d钙钛矿薄膜型激光增益介质。
