安徽大學物理與光電工程學院、光電信息獲取與控制教育部重點實驗室及信息材料與智能感知安徽省實驗室特種光纖與光纖激光技術團隊胡志家教授在液晶激光研究方面取得系列進展，先后在光學權威期刊發(fā)表4篇論文，安徽大學均為第一單位。在電場調控液晶帶隙激光方面，該團隊通過直流電壓驅動液晶帶隙移動，實現(xiàn)160 nm（560-720 nm）帶隙激光波長的調控。激光染料PM597的熒光光譜（550-750nm）的利用率高達80%。利用多元線性回歸模型闡明了激光器發(fā)射的激光強度與光子態(tài)密度、熒光量子產(chǎn)率和內部散射之間的內在關系，為液晶激光的設計提供了理論支撐。研究成果以“Efficient Fluorescence Utilization and Photon Density of States-Driven Design of Liquid Crystal Lasers”發(fā)表于光學領域權威期刊《Laser & Photonics Reviews》（DOI: 10.1002/lpor.202301122；第一作者為博士生屈廣陰）。在溫度調控激光波長方面，團隊在手性液晶中實現(xiàn)了溫度調控F?rster共振能量轉移激光器。通過改變溫度驅動液晶帶隙的移動，實現(xiàn)激光波長從560 nm（黃色）到700 nm（紅色）的連續(xù)變化，并利用金納米棒的局域表面等離子體共振效應，增強激光強度達200倍以上。研究成果以“Efficient and tunable liquid crystal random laser based on plasmonic-enhanced FRET”發(fā)表于《APL Photonics》 （DOI: 10.1063/5.0134978；第一作者為博士生屈廣陰）。

圖1. 液晶激光器原理圖、液晶光子態(tài)密度模擬、及不同電場下的激光光譜

圖2. 激光器原理圖及不同溫度下的激光器件透射光譜

向列相液晶是流體電介質，分子長軸沿同一方向排列被視為液晶光軸。增益介質如激光染料PM597總沿著液晶光軸方向排列，產(chǎn)生振動方向平行于光軸的隨機激光。在單軸晶體中，電磁平面波可以描述為尋常和非尋常偏振波分量的疊加。液晶對這兩種偏振波有不同的折射率，因此可以提供強散射。但這也使得隨機激光在液晶中的傳輸損耗很大。針對以上問題，該團隊在液晶體系中引入波導結構，基于聚酰亞胺薄膜折射率與液晶對尋常和非尋常光的折射率差的不同，降低了偏振方向位于液晶主平面內的隨機激光的傳輸損耗，實現(xiàn)偏振度為1的線偏振隨機激光發(fā)射。研究成果以“Waveguided nematic liquid crystal random lasers”發(fā)表于《Nanophotonics》。 （DOI:10.1515/nanoph-2021-0353；第一作者為碩士生黃運曦）。

鑒于胡志家教授在液晶隨機激光所做的研究，Physical Chemistry Chemical Physics雜志邀請胡志家教授撰寫題為“Liquid crystal random lasers”的Perspective，相關成果發(fā)表在《Phys. Chem. Chem. Phys.》（DOI: 10.1039/d2cp02859j；第一作者為博士生屈廣陰），同時該文章被PCCP編輯選為2022 PCCP HOT Articles。

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