有机单晶纳米线激光器能量转换过程的超快动力学研究

Organic single crystal nano-wire laser has advantages of low fabrication cost, small volume and broad spectrum coverage, and these features endow the organic single crystal nano-wire laser an excellent prospect in the optical integration application field, such as optical communication and biological and chemical sensor. Because of short excited state lifetime and cavity photon lifetime, the lasing kinetics of the organic single crystal nano-wire laser is much complex. This project will study the energy transfer process of the organic single crystal nano-wire laser from the view of its microscopic kinetics. By use of femtosecond time-resolved spectroscopy the lasing kinetics and up state population decay of organic single crystal nano-wire laser will be acquired and processed by numerical simulation on the basis of the rate equations for a four-level laser. The project will focus on the laser work mode(Gain switch, Relax oscillation), lasing kinetics and up-state population decay kinetics, and investigate their dependences on the macroscopic parameters including nano-wire crystal structure, organic nano-wire length and concentration ratio between host and guest. The project will give out the mechanism of energy transfer affected by macroscopic parameters of the organic singe crystal nano-wire laser and provide references for performance optimization of the organic single crystal nano-wire laser.

有机单晶纳米线激光器具有制备成本低、体积小、光谱覆盖宽的优势，在光通信、生物化学传感等光学集成应用领域具有广阔的前景。由于较短的激发态寿命以及腔内光子寿命，有机单晶纳米线激光器的激光产生过程更加复杂。本项目拟从超快微观动力学角度研究有机单晶纳米线激光器的能量转换过程。项目将利用飞秒时间分辨光谱技术获得有机单晶纳米线激光器的激光动力学、上能级粒子密度动力学，并利用四能级激光系统速率方程对激光动力学以及上能级粒子密度动力学进行数值模拟；重点关注有机单晶纳米线激光器宏观参数（晶体结构、纳米线长度以及主体客体浓度）对激光器工作模式（增益开关，弛豫振荡）、激光动力学、上能级粒子密度衰减过程的作用机制。本项目的完成将揭示有机单晶纳米线激光器宏观参数对能量转换过程的作用机制，为有机单晶纳米线激光器的性能优化提供参考。

有机单晶纳米线激光器是有机半导体激光中的重要的一个分支。相对于其他类型的有机半导体激光器，有机晶体具有排列有序，晶体缺陷少，电子迁移率高，且利用晶体晶面自成谐振腔的优势，在光通信芯片、化学传感等领域有重要的应用前景。本项目主要是通过时间分辨光谱技术对有机半导体单晶纳米线晶体的荧光过程，受激辐射过程以及主体客体间激发态能量传递过程进行分析研究，主要开展了一下几方面的工作。. （1）利用瞬态吸收光谱技术研究了SCH3甲基取代的DSB（TDSB）溶液的激发态弛豫过程。. （2）测量了TDSB纳米线的传播损耗，以及掺杂对传播损耗的影响。. （3）利用吸收光谱方法严格测量了TDSB单晶中客体分子的掺杂浓度。. （4）比较了两种端基取代条件下DSB的激光建立过程，并进一步分析了晶体结构对光泵条件下激光建立过程的影响。. （5）利用四能级速率方程，对Cl端基取代了的DSB（CDSB）纳米线激光建立过程进数值模拟。. （6）分析基于TDSB与DCM分子的主体客体Forster共振能量转移实现激光的可能性以及利用掺杂浓度以及温度两种参数对主体客体共振能量转移速率进行调控。. （7）改进了非共线光参量放大荧光光谱仪的数据采集方法，提高系统信噪比。. 通过上述7部分工作，本项目获得了有机单晶纳米线与激光建立相关的主要物理特性，为光泵浦的有机单晶那么线激光器设计提供了参考。