胶体晶体微腔激光器的制备与特性研究

胶体晶体是一类光子带隙位于可见-近红外光区的三维光子晶体，在低阈值激光器、显示器、低损耗光波导、太阳能电池和生物传感器等领域具有重要的潜在应用前景。本项目针对胶体晶体宏观面缺陷激光器的品质因子低的问题，以胶体晶体微腔为研究对象，采用"自下而上"的自组装技术与"自上而下"的双光子加工技术相结合的方法，在胶体晶体中构筑特定微腔结构。研究胶体晶体微腔的设计原则和精确可控制备方法，阐明微腔形态、尺寸和位置等因素对胶体晶体光子带隙所产生的影响。在此基础上，探索发光介质在胶体晶体微腔中产生激射的条件和途径。项目预期将揭示胶体晶体微腔中光与物质相互作用机理，实现染料的低阈值激射行为，建立微腔的结构参数与微腔品质因子之间的关系模型。项目的研究成果可以为构筑具有高品质因子的胶体晶体微腔激光器提供科学基础，对于新型有源光子学器件的研究具有重要意义。

本项目探讨了胶体晶体光子晶体谐振腔中染料发生激射的途径和机理，我们构筑了夹心结构的光子晶体谐振腔，并研究了谐振腔中染料发生激射的条件和降低激射阈值的方法。同时利用双光子加工系统,在胶体晶体内部构筑了掺染料的缺陷结构，并观察到光子带隙对染料发光的抑制作用。取得的主要成果包括:1) 以反蛋白石结构光子晶体与染料掺杂聚合物薄膜构筑了夹心结构的谐振腔结构，通过系统地改变光子晶体的结构参数，调节光子晶体的光子带隙与染料发光光谱的匹配，实现了染料从放大自发辐射到激射的变化；2）以胶体晶体光子晶体与染料掺杂聚合物薄膜构筑了夹心结构的谐振腔结构，通过改变谐振腔中增益介质的厚度和染料掺杂浓度，成功地实现了谐振腔的激射阈值的大幅度降低。实验结果与理论预测结果吻和良好；3）利用双光子加工技术在不同的功能材料中加工了微纳米结构。在胶体晶体中加工了发荧光的缺陷，并且观察到缺陷对染料发光的调制作用。本项目共发表研究论文11篇，其中在国际SCI期刊发表论文10篇,EI期刊发表1篇。培养博士毕业生一人,获得中科院理化所长奖学金1人次.