《基於功能分子取向組裝的雙光子微腔雷射材料》是依託浙江大學，由郁建燦擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於功能分子取向組裝的雙光子微腔雷射材料
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：郁建燦
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微腔雷射器是光電子集成晶片的關鍵元件，雙光子雷射通過頻率上轉換可以極大地拓展工作波段，而雙光子微腔雷射器超短的增益長度和非線性光學特性對雷射材料的增益性能提出了更高的要求。本項目擬以多孔晶態材料—離子型金屬-有機框架（metal-organic frameworks，MOFs）材料作為載體，發展基於離子型發光染料取向組裝的主-客體雷射介質，提出“通過功能基元取向結構的最佳化，提高材料特定工作方向的增益係數，並實現雷射線偏振輸出”的功能最佳化策略。發展主、客體間靜態相互作用控制的以及光電場動態誘導的取向結構的最佳化方法，綜合運用微區偏振吸收、發光光譜與時間分辨光譜技術，建立固態材料中客體離子靜態和動態取向結構的表征手段，探索多作用體系中主、客體因素對客體分子取向和材料性能的影響規律，為實現高效率、低閾值、單縱模、線偏振輸出的雙光子微腔雷射提供材料構築思想、性能最佳化途徑和基礎理論依據。
結題摘要
微腔雷射器是光電子集成晶片的關鍵元件，多光子雷射通過頻率上轉換可以便捷地拓展工作波段，而多光子微腔雷射器超短的增益長度和非線性光學特性對雷射材料的增益性能提出了更高的要求。本項目採用多孔晶態材料—離子型金屬-有機框架（metal-organic frameworks，MOFs）材料作為載體，發展了基於離子型發光染料取向組裝的主-客體雷射介質，實施了“通過功能基元取向結構的最佳化，提高材料特定工作方向的增益性能，並實現雷射線偏振輸出”的功能最佳化策略。主要研究內容為：1、新型金屬-有機框架材料的合成與微晶尺寸調控的探索；2、顯微偏振吸收、螢光光譜測試系統的搭建，用於局域取向結構的表征；3、客體在晶體孔道中的取向程度的影響規律和取向結構的實現方法；4、染料/金屬-有機框架材料及其多（雙、三）光子激射性能。 獲得了一種具有一維狹窄通道（寬度約為6 Å）的離子型金屬-有機框架材料ZJU-68。晶體外形呈現規則的六方柱狀，在水、空氣和雷射下具有良好的穩定性，尺寸在幾百納米到幾百微米範圍內可調，可形成Fabry-Perot腔和耳語圍廊腔。ZJU-68的孔道尺寸正與有機雷射染料離子DMASM相近，可通過原位組裝將染料離子引入框架。框架孔道內的DMASM分子形態能夠通過電子密度成像的方式清楚地呈現，呈現高度的取向結構。得益於ZJU-68狹窄孔道對分子運動的限域效應，染料/金屬-有機框架材料的量子效率從溶液狀態的0.45%大幅提高到24.28%。高濃度、均勻，高度取向的染料裝載，同時利用框架材料單晶的天然晶面作為諧振腔的反射鏡面，不僅在MOFs單晶中首次實現了12.6 pJ（單光子泵浦）和19.6 nJ（雙光子泵浦）的低閾值單模線偏振微腔雷射，還成功地在國際上首次實現高偏振度（大於99.9％）的三光子泵浦雷射，其品質因子Q值高達1700。 以上結果為金屬-有機框架材料在光子學上的套用提供了新的思路和方法，並將推動其在光子元器件與集成光子晶片上的套用。受項目資助，在Nature Commun.、Adv. Opt. Mater. 和J. Am. Chem. Soc等期刊發表研究論文8篇，授權專利1項。
