三维多孔阳极氧化铝膜光子禁带受激辐射研究

Lasers from photonic crystals （PCs） that have a spatially periodic refractive index have recently attracted considerable interest.Laser action of fluorescent dye that based on the band gap of PCs have been reported using one-dimensional (1D) or two-dimensional (2D) periodic structure prepared by the electron beam lithography.However,lasing has rarely been reported in three-dimensional ( 3D) periodic nanostructures because it is difficult to form 3D hole arrays with small hole intervals around visible wavelength scale.In this study, we will prepare large area (＞10 mm × 10 mm) 3D porous anodic alumina with nanopore intervals around visible wavelength scale (～200 nm)　through periodic anodization of Al in an acidic solution.Then we will examine the laser action of dye doped 3D porous anodic alumina with 3D nanopore arrays. We suggest that the new 3D porous anodic alumina membrane may be promising materials to reduce the lasing threshold and provide a new approach for high-performance Lasers.

近年来，光子晶体激光由于其新奇特性而受到了广泛关注。利用电子束光刻等方法制备出1D或2D光子晶体结构来开展光子结构对有机染料的受激辐射发光特性调控已有较多报道。但基于三维纳米孔结构的光子晶体激光的研究则由于三维纳米孔阵列的制备十分困难，因此很少被报道。本研究拟通过低成本的高纯铝片可控周期性阳极氧化，制备出面积大于10 mm × 10 mm以上，纳米孔周期尺寸在三维方向上均与可见光在材料中的波长相当（～200 nm）的新型三维多孔氧化铝膜材料，并开展该三维纳米孔阵列结构基片的光子特性对负载其中的激光染料分子受激辐射发光特性影响的研究。希望通过上述研究，阐明三维纳米多孔阵列光子结构的参数对激光染料分子受激辐射发光特性的调控机理，降低染料分子受激辐射的阈值，从而有助于在新型高性能光子晶体激光器的制备方面取得突破。

“三维多孔阳极氧化铝膜光子禁带受激辐射研究”（编号11204325）项目得到国家自然科学基金的资助，科研工作从2013年1月开始，至2015年12月结束。. 近年来，光子晶体激光由于其新奇特性而受到了广泛关注。利用电子束光刻等方法制备出1D或2D光子晶体结构来开展光子结构对有机染料的受激辐射发光特性调控已有较多报道。但基于三维纳米孔结构的光子晶体激光的研究则由于三维纳米孔阵列的制备十分困难，因此很少见诸于报道。本研究通过低成本的高纯铝片可控周期性阳极氧化，制备面积大于10 mm × 10 mm以上，纳米孔周期尺寸与可见光在材料中的波长相当（～200 nm）的多孔氧化铝膜基片，并开展该纳米孔阵列结构基片的光子特性对负载其中的激光染料分子受激辐射发光特性影响的研究工作。. 已报道的具有周期孔结构的阳极氧化铝基片在样品质量和光学性能上存在许多不足之处，如大面积样品均匀性较差，对光的透射率较低等。这些都与所制备的样品的阳极氧化过程和微观结构有关，将影响到这种类型氧化铝膜的光学领域应用，因此，解决这些问题势在必行。. 本项目从改进大面积铝膜的阳极氧化均匀性入手，发展了一种大面积均匀的阳极氧化铝膜的制备方法，极大的提高了阳极氧化铝膜层的透过率。进一步的，在此基础上，我们通过对这种大面积阳极氧化铝膜孔结构和孔隙率的调制，可以获得折射率在膜层截面上高斯渐变分布的阳极氧化铝膜，进一步的提高了阳极氧化铝样品的透光率。本项目成功观察到了阳极氧化铝光子晶体样品对负载其中的罗丹明染料分子的荧光特性的调制作用，实现了在可见光波段受激辐射发光观测。. 本项目研究共在SCI刊物上发表学术论文3篇，申请发明专利1项。