聚集类型对有机双光子泵浦微纳激光器性能的影响

The development of information technology required more advanced high-speed, low-cost and miniaturized photonic devices. As the miniaturized coherent light source, organic two-photon pumped (TPP) nanolaser devices are paid more attentions due to their good photostability, low-cost, a broad spectral range but without phase-matching requirements. In fact, most of the design rules established so far for organic lasing materials were based on intramolecular factors. In this project, we will design and synthesize several organic functional small –molecules with large two photon action cross section based molecular design and, then prepare their crystalline nanostructures as optical microcavity. The inner regulation mechanism of molecular structures, aggregation type and TPP nanolaser is investigated. We will highlight the effect of the intermolecular interaction on the two-photon absorption, florescence quantum yield and the energy level of the organic crystalline nanostructures. Based on the above-mentioned studies, a theoretical and experimental guidance for organic two-photon pumped devices and organic nanolaser can be provided.

信息技术的发展要求高速廉价微型化的光子学器件。作为微型相干光源的有机双光子泵浦微纳激光器，由于其光稳定性、成本低廉、可宽范围调谐、无需相位匹配等优点引起了广泛关注。到目前为止绝大多数有机激光晶体的设计原则都仅仅局限于分子内的因素。针对这一问题，在本项目中我们拟通过分子设计，合成系列具有较大双光子吸收截面的分子，在微纳结构制备的基础上，研究分子结构、聚集类型与材料双光子上转换荧光（激光）光功能之间的内在调控机制。重点从有机微纳晶体双光子吸收截面、固体荧光量子产率、能级结构三个方面探讨聚集类型（分子间的因素）对双光子上转换（荧）激光性能的影响，对双光子器件以及有机微纳晶体激光器的研制与发展提供实验和理论指导。

信息技术的发展要求高速廉价微型化的光子学器件。作为微型相干光源的有机微纳激光器，由于其光稳定性、成本低廉、可宽范围调谐等优点引起了广泛的关注。到目前为止绝大多数有机激光晶体的设计原则都仅仅局限于分子内的因素。.针对这一问题，在为期三年的执行过程中，我们设计合成系列具有较大双光子吸收截面的分子，利用液相法和模板法的手段成功构筑了多种低维晶态有机微纳米结构，研究了分子自组装过程、微纳结构微腔、模板限域生长等对微纳结构光学性质的调控作用。在微纳结构制备的基础上，研究分子结构、聚集类型与双光子荧光、激光性能之间的内在调控机制。重点从有机微纳晶体双光子吸收截面、固体荧光量子产率、能级结构三个方面探讨聚集类型对双光子上转换（荧）激光性能的影响，对有机微纳晶体激光器的研制与发展提供实验和理论依据。另外通过模板限域生长实现了高效高定位的激光阵列器件制备，通过在有机微纳结构表面引入二氧化硅壳层后，大大改善了有机微纳激光器的光学稳定性和生物相容性，利用激光的窄线宽、高亮度、高偏振性等优点，实现了超窄化、多模式细胞标记手段。另二氧化硅壳层易连接抗体和抗原，为普适性的靶向定位示踪提供奠定理论和实验的基础。.在国家自然科学基金委的关心和大力支持下，在项目组成员的共同努力下，本项目取得了若干创新性的研究成果，成功完成了项目的预期目标。超额完成了在主流学术刊物上发表3至5篇论文的预期研究成果，至今已在国际高水平学术刊物上共发表研究论文 8篇，分别发表在ACS Nano, ACS Appl. Mater. Interfaces，Adv. Opt. Mater., J. Mater. C, Chem. Comm, Chem. Asian. J 等国际著名化学和材料期刊上，受到国内外同行的广泛关注。此外，若干实验结果尚在整理中，将于近期完善并投稿。