低维有机光功能材料微腔调制的光学性质与应用研究

The development of information technology required more advanced high-speed, low-cost and miniaturized photonic devices. A critical challenge is the design and fabrication of nanophotonic device elements and the application in the field of tunable laser sources, optical communications, and displays. Organic optical functional materials are paid more attentions due to their processability, high luminous efficiency and optical tunability. In this project, we will optimize nanostructural microcavities and construct distributed Bragg reflectors (DBR) or photonic crystal (PC) microcavities based on the organic molecular design and the fabrication of low-dimensional optical functional materials. The regulation of light directional waveguide and emission by means of single or multiple microcavities is investigated. We will highlight photon confinement in the microcavity structures and derivative exciton-polariton (EP), optical waveguide, low-threshold stimulated emission, and so on. We will attempt to disclose the relationship of the constitutions, morphologies and optical microcavites in the low-dimensional materials and interior mechanism of optical modulation. We will attempt to make them into device applications and provide a theoretical and experimental guidance for low-dimensional organic nanophotonic device.

信息技术的发展对高速、廉价、微型化的光子学器件提出了新的要求。如何设计与制备纳米光子学器件单元，实现在可调谐激光光源、光通信、光显示等领域中应用，是一个具有挑战性的课题。有机光功能材料的优异加工性能、发光效率和光学可控性等优势吸引了广泛的关注。在本项目中，我们拟在有机分子设计、低维光功能材料制备的基础上，挑选并优化合适的纳米结构微腔以及构筑分布式布拉格反射镜或光子晶体微腔，通过单个或者多重微腔结构实现对光定向传导和发射的可控光流操纵。重点研究基于微腔结构对光子的限域作用导致的诸如激子极化基元产生和传导、极大曲率条件下光波导和低阈值受激发射等，初步揭示低维材料的组成、形貌结构与光学微腔之间的关系，微腔光学调控内在调控机制，尝试将低维微腔有机材料器件化和应用化，对低维有机纳米光子学器件的研制起到理论和实验的指导意义。

信息技术的发展对高速、廉价、微型化的光子学器件提出了新的要求。如何设计与制备纳米光子学器件单元，实现在可调谐激光光源、光通信、光显示等领域中应用，是一个具有挑战性的课题。有机光功能材料的优异加工性能、发光效率和光学可控性等优势吸引了广泛的关注。.在为期四年的执行过程中，我们成功甑选和合成多种具有特殊光功能的有机小分子材料，利用气相法、液相法和模板法的手段成功构筑了多种低维晶态有机微纳米结构，研究了分子自组装过程、微纳结构微腔、模板限域生长等对微纳结构光学性质的调控作用，优化了有机微纳晶材料的生长方法和光学性能。考察了低维有机晶态结构的微腔光学限域效应及其在光波导和有机微纳激光器等领域中的应用，并总结其内在调控机制。在此基础上，设计制备了多种有机微纳米光子学器件和有机微纳激光器件，对有机微纳米光子学器件的研制起到理论和实验的指导意义。.在国家自然科学基金委的关心和大力支持下，在项目组成员的共同努力下，本项目取得了若干创新性的研究成果，成功完成了项目的预期目标。超额完成了在主流学术刊物上发表3~5篇论文的预期研究成果，至今已在国际高水平学术刊物上共发表研究论文15篇，分别发表在Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Small, Nanoscale, J. Mater. Chem. C等国际著名化学和材料期刊上，受到国内外同行的广泛关注。此外，若干实验结果尚在整理中，将于近期完善并投稿。