全有机光子准晶激光器件的辐射机制及可调谐特性研究

In this project, the radiation mechanism, multi-mode tuning technology, and laser characteristics of holographic polymer dispersed liquid crystal (H-PDLC) based photonic quasicrystal laser devices are systemally studied, developed, and optimized, respectively. The physical mechanism of lasing radiation from low refractive index contrast material formed photonic quasicrystal is investigated. Multi-mode (including electric field, temperature, light, etc.) tunable H-PDLC photonic quasicrystal laser system is demonstrated. H-PDLC photonic quasicrystal laser with new structure and new laser gain medium (such as quantum dots) is developed. Intrinsic features of H-PDLC photonic quasicrystal laser, such as laser mode, pump threshold, and energy efficiency are optimized, which will promote the industrial process of this type of laser. By studying this project, the radiation mechanism and multi-mode tunable property of all organic tunable photonic quasicrystal laser devices will be demonstrated in detail, which will accelerate the development of tunable miniature photonic quasicrystal laser technology and its applications in laser display, integral optics, detection and sensor, and medical therapy etc.

本项目旨在系统研究基于光子准晶结构的全息聚合物分散液晶(H-PDLC)激光器件的辐射机制，开发多模式调谐技术，并优化激光输出特性。本课题将系统阐述基于低折射率对比材料的光子准晶结构中激光辐射的物理机制；实现多种模式(包括电场、温度、光波等）可调谐的H-PDLC光子准晶激光器系统；研制具有新型光子准晶结构和激光增益介质(例如量子点)的H-PDLC光子准晶激光器；优化H-PDLC光子准晶激光器的基本特性，如激光模式、泵浦阈值以及能量效率等，推动该类型激光器的实用化进程。通过本项目的研究，将更加深入的揭示全有机可调谐光子准晶激光器件的辐射机制和多模可调谐特性，推动可调谐微型光子准晶激光器技术的发展及其在激光显示，集成光学，探测传感以及医学治疗等领域的应用。

近年来，基于液晶/聚合物的全有机光子准晶激光器越来越受到关注。有关全有机液晶光子准晶激光器的研究还处于起步阶段。液晶光子准晶中的激光辐射机制还不是完全清楚；电场，温度，光波等多模式可调谐液晶光子准晶激光器也尚处于初步探索阶段。因此，深入研究基于液晶的全有机可调谐光子准晶激光器，对揭示液晶光子准晶激光器的激光辐射机制，加快光子准晶激光调谐技术的发展和应用具有重要意义。本课题研究基于H-PDLC光子准晶结构的全有机可调谐激光器件，探索全有机光子准晶中激光辐射产生的内在规律；通过外界条件激励对液晶性质的影响，实现多模式调谐H-PDLC光子准晶激光器技术；研究和优化阈值特性、模式特性和偏振特性等激光基本特性。..探索了基于七光束/九光束干涉形成的H-PDLC光子准晶激光器，测量了该激光器的激射阈值，线宽等特性。并结合有限时域差分法(FDTD)，模拟仿真H-PDLC低折射率光子准晶结构的透射谱，从理论上阐述了光子准晶激光器是一种基于光子准晶的带边型激光，该仿真与实验结果吻合度较好。.搭建了可调谐的H-PDLC光子准晶激光器综合系统。研究了基于七束光干涉的光子准晶激光的偏振特性，该激光器具有很好的线偏振输出特性。同时，我们获得了温度对其激射波长的影响特性，发现了随着温度升高，激光波长蓝移的现象，并阐述了可调谐激光器的调谐机制。研究了泵浦光的位置角度对H-PDLC光子准晶激光输出的影响机制。同时，利用有限时域差分法对光子准晶的带边进行了模拟计算，该计算可用于激光波长在不同泵浦条件下峰值移动的内在机理阐述。.制备了具有低阈值、单模式、线偏振的H-PDLC光子准晶激光器。该激光器将纳米级厚度的有机发光层引入光子准晶结构，能够获得比传统H-PDLC光子晶体激光器阈值低20倍的低阈值激光器。同时，我们优化了有机发光层的厚度，获得了低阈值的单模激光器输出。该激光输出为线偏振，并阐述了线偏振激光器的产生机制。.发表SCI期刊论文21篇，申请专利2项，在读硕士生1名。