激光技術(shù)發(fā)展使科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)發(fā)生革命性變化。小型化半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)，使激光技術(shù)成為日常生活的一個(gè)重要組成部分。作為激光技術(shù)與納米科學(xué)交叉而產(chǎn)生的研究前沿，微納激光器在光電子學(xué)領(lǐng)域有著巨大應(yīng)用前景。有機(jī)材料具有寬的發(fā)光峰，非常適合構(gòu)筑波長可調(diào)諧微納激光器。但有機(jī)材料發(fā)射受弗蘭克-康登（Franck-Condon）原理支配，通常只在短波0-1振動(dòng)峰處具有較高的輻射躍遷幾率，而其他能級之間的躍遷受到明顯抑制，因此有機(jī)材料通常只有短波振動(dòng)帶處的激光發(fā)射。
近日，中國科學(xué)院化學(xué)研究所光化學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室通過調(diào)控振動(dòng)輻射躍遷，成功突破了弗蘭克-康登原理對有機(jī)材料增益區(qū)間的限制，實(shí)現(xiàn)了波長可切換以及寬譜可調(diào)諧的有機(jī)微納激光。
在前期工作中，研究人員利用穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)光譜技術(shù)闡明了有機(jī)振動(dòng)激光的產(chǎn)生機(jī)制，即揭示了有機(jī)材料中多振動(dòng)帶激光之間的競爭行為以及不同振動(dòng)帶處增益-損耗關(guān)系對激光出射波長的影響，并基于此，提出了通過溫度控制電子基態(tài)振動(dòng)能級布居來調(diào)控不同振動(dòng)帶處相對光學(xué)增益強(qiáng)度的思想，最終在有機(jī)微晶中實(shí)現(xiàn)了溫度控制的0-1和0-2振動(dòng)峰處的雙波長可切換激光行為。
在近期的研究中，研究人員提出通過摻雜光學(xué)吸收體來調(diào)控有機(jī)材料的電子振動(dòng)輻射，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有機(jī)微納激光寬譜可調(diào)的思想，利用雙源物理氣相沉積技術(shù)，可控地制備了具有不同吸收體摻雜濃度的有機(jī)微晶。吸收體的引入成功打破了弗蘭克-康登原理對增益區(qū)間的限制，首次實(shí)現(xiàn)了有機(jī)微晶激光輸出波長在全譜范圍內(nèi)所有振動(dòng)帶（0-1、0-2、0-3和0-4）之間的任意調(diào)節(jié)。
理論上，上述有機(jī)微納激光的波長調(diào)控機(jī)制適用于所有共軛有機(jī)分子，有助于微納激光的性能提升和功能拓展。該研究中的可調(diào)諧激光行為突破了對有機(jī)材料中激發(fā)態(tài)躍遷和增益過程的傳統(tǒng)認(rèn)識，對設(shè)計(jì)開發(fā)具有特定功能的微納激光器以及其它光電子學(xué)元件具有指導(dǎo)意義。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。 該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院的資助。
論文鏈接
圖1.通過控制能級布居實(shí)現(xiàn)波長可切換有機(jī)微納激光
圖2.突破弗蘭克-康登原理限制，實(shí)現(xiàn)寬譜可調(diào)有機(jī)微納激光
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