基于随机激光和表面等离基元的受损光学信息准确提取

Retrieval of information is an important task. Especially, if the medium in which information was recorded is contaminated, how to retrieve the recorded information is an unsolved difficult problem. In this proposal, we proposed a new method for information retrieval based on nano optoelectronics with which the difficulty mentioned above can be solved effectively. We will achieve the retrieval of the phase information recorded in optical polymer using random laser. The optical polymer is the ideal recording material for holography. During hologram recording, the randomly distributed spatial speckles will inevitably induced, which is the physical base to form random laser. We will achieve the retrieval of the information recorded in silver halide material using SERS and TERS, because there are lots of silver particles in the recording materials which is the necessary condition for SERS and TERS. We will also achieve the retrieval of the information through SEPL. The method used is similar to the technique using SERS and TERS, but what measured is the fluorescence rather than Raman spectrum. Compared to Raman technique, the signal intensity of the SEPL method is much more stronger, it is more helpful in retrieving information

信息提取是一个极为重要的问题。特别是，当记录信息的介质受到损坏时，如何正确地提取其中所记录的信息，更是一个至今未解决的难题。本申请提出了基于微纳光电子学的受损光学信息提取方法，可以有效地解决这一问题。我们利用随机激光器来实现用光聚合物记录的位相型信息的提取：由于光聚合物通常是全息记录的理想材料，而在全息记录过程中不可避免地会产生随机分布的空间散斑，这些散斑就是形成随机激光的物理基础。我们利用表面增强拉曼（SERS）和针尖增强拉曼（TERS）技术来实现银盐材料记录的信息的提取：由于银盐记录材料中含有大量银颗粒，而这些银颗粒就是SERS和TERS产生的必要条件。我们还可尝试利用各种SEPL进行信息识别和提取。样品的处理方法和SERS类似，只不过这里观测的是增益材料的荧光谱而不是拉曼谱，虽然荧光不如拉曼信号那么具有指纹性质，但是荧光信号强度远比拉曼信号强，因而适用范围更广。

等离激元具有很强的局域场增强能力，在传统的等离子体结构制造方法如聚焦离子束（FIB）铣削、电子束刻蚀（EBL）等成本高、效率低、柔性差，难以大规模应用。为了促进等离子体电子技术的应用，人们迫切需要低成本、高效率的制造方法。在各种可能的技术中，金属纳米粒子自组装和可控随机结构是实现这一目标的一个很好的选择。本项目的主要任务是利用随机激光和等离激元，进行各种光学信息的存储与提取，研究随机结构的增强特性。2017年项目启动以来，在基金委和北师大的支持下，我们重点开展了随机结构中荧光增强、随机激光、拉曼增强的物理机制研究和器件设计研究。发表SCI论文十七篇。四件国家发明专利获得授权。代表性工作有：1. 利用自组装金属颗粒实现了RGB白光的宽带增强，并验证了其用于光学信息存储和防伪的可行性；将自组装结构用于太阳能薄膜电池，实现了内量子效率的提高。2. 合成了银纳米花结构，演示了其宽带等离子体增强特性，实现了多色随机激光；进一步，提出一种长程有序银纳米颗粒阵列化生长的简易方法，实现了高灵敏度，高稳定性、重复性并可大面积制备的高性能SERS 基底。3. 基于毛细管的微流体通道设计了一种颜色可调谐的彩色的低阈值随机激光器件，利用毛细管中染料之间的共振能量传递过程，实现了红、绿、蓝随机激光器的单一激发。这些工作在节能显示、光学信息存储与防伪、无散斑相干光源、痕量分子检测领域具有重要的应用前景。