基于功能分子取向组装的双光子微腔激光材料

基本信息
批准号:51402259
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:郁建灿
学科分类:
依托单位:浙江大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:何桦浚,张琪,练秀生,张健民
关键词:
分子取向双光子激光离子型金属有机框架材料客体复合材料各向异性
结项摘要

Microcavity lasers are the essential components of optoelectronic integrated chips,while two-photon pumped lasing provides a flexible method to extend working wavelength regime broadly based on frequency upconversion process. For two-photon pumped microcavity laser, the reduced gain length and nonlinear optical feature require excellent laser gain media with much higher gain coefficients than conventional laser. This project aims to develop a kind of novel host-guest laser media that are comprised of porous crystals, metal-organic frameworks (MOFs), and aligned luminescent building blocks. We propose a functional optimization strategy to improve the gain coefficients at a specific working direction, as well as generate linearly polarized lasing, by enhancing the order of alignment structure. Two alignment methods, both governed by the static interaction between host and guest components and dynamically induced by laser electric field, are suggested to improve the order of functional blocks in the host-guest systems. The polarized absorption, luminescence spectra technique in microscopic scale will be established to evaluate the static and dynamic orientation of functional guest species, with the help of time-resolved spectra, which will facilitate the clarification of the rules controlling over the alignment of guest species in such a system with multiple interactions between host MOFs and guests. It is envisaged that the results of this research proposal will pave the way for demanded two-photon pumped laser materials and microcavity laser with high efficiency, low threshold, single mode and linear polarization.

微腔激光器是光电子集成芯片的关键元件,双光子激光通过频率上转换可以极大地拓展工作波段,而双光子微腔激光器超短的增益长度和非线性光学特性对激光材料的增益性能提出了更高的要求。本项目拟以多孔晶态材料—离子型金属-有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)材料作为载体,发展基于离子型发光染料取向组装的主-客体激光介质,提出“通过功能基元取向结构的优化,提高材料特定工作方向的增益系数,并实现激光线偏振输出”的功能优化策略。发展主、客体间静态相互作用控制的以及光电场动态诱导的取向结构的优化方法,综合运用微区偏振吸收、发光光谱与时间分辨光谱技术,建立固态材料中客体离子静态和动态取向结构的表征手段,探索多作用体系中主、客体因素对客体分子取向和材料性能的影响规律,为实现高效率、低阈值、单纵模、线偏振输出的双光子微腔激光提供材料构筑思想、性能优化途径和基础理论依据。

项目摘要

微腔激光器是光电子集成芯片的关键元件,多光子激光通过频率上转换可以便捷地拓展工作波段,而多光子微腔激光器超短的增益长度和非线性光学特性对激光材料的增益性能提出了更高的要求。本项目采用多孔晶态材料—离子型金属-有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)材料作为载体,发展了基于离子型发光染料取向组装的主-客体激光介质,实施了“通过功能基元取向结构的优化,提高材料特定工作方向的增益性能,并实现激光线偏振输出”的功能优化策略。主要研究内容为:1)新型金属-有机框架材料的合成与微晶尺寸调控的探索;2)显微偏振吸收、荧光光谱测试系统的搭建,用于局域取向结构的表征;3)客体在晶体孔道中的取向程度的影响规律和取向结构的实现方法;4)染料/金属-有机框架材料及其多(双、三)光子激射性能。. 获得了一种具有一维狭窄通道(宽度约为6 Å)的离子型金属-有机框架材料ZJU-68。晶体外形呈现规则的六方柱状,在水、空气和激光下具有良好的稳定性,尺寸在几百纳米到几百微米范围内可调,可形成Fabry-Perot腔和耳语围廊腔。ZJU-68的孔道尺寸正与有机激光染料离子DMASM相近,可通过原位组装将染料离子引入框架。框架孔道内的DMASM分子形态能够通过电子密度成像的方式清楚地呈现,呈现高度的取向结构。得益于ZJU-68狭窄孔道对分子运动的限域效应,染料/金属-有机框架材料的量子效率从溶液状态的0.45%大幅提高到24.28%。高浓度、均匀,高度取向的染料装载,同时利用框架材料单晶的天然晶面作为谐振腔的反射镜面,不仅在MOFs单晶中首次实现了12.6 pJ(单光子泵浦)和19.6 nJ(双光子泵浦)的低阈值单模线偏振微腔激光,还成功地在国际上首次实现高偏振度(大于99.9%)的三光子泵浦激光,其品质因子Q值高达1700。. 以上结果为金属-有机框架材料在光子学上的应用提供了新的思路和方法,并将推动其在光子元器件与集成光子芯片上的应用。受项目资助,在Nature Commun.、Adv. Opt. Mater. 和J. Am. Chem. Soc等期刊发表研究论文8篇,授权专利1项。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

低轨卫星通信信道分配策略

低轨卫星通信信道分配策略

DOI:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.06.009
发表时间:2019
3

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

青藏高原狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿混杂岩带时空结构与构造演化

DOI:10.3799/dqkx.2020.083
发表时间:2020
4

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

基于ESO的DGVSCMG双框架伺服系统不匹配 扰动抑制

DOI:
发表时间:2018
5

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

DOI:10.7498/aps.70.20210004
发表时间:2021

郁建灿的其他基金

相似国自然基金

1

微腔双光子激光动力学

批准号:69578021
批准年份:1995
负责人:江海河
学科分类:F0506
资助金额:9.00
项目类别:面上项目
2

光子线微腔激光器

批准号:69976032
批准年份:1999
负责人:武胜利
学科分类:F0403
资助金额:14.90
项目类别:面上项目
3

基于耦合微腔的光子晶体高速脉冲激光器

批准号:61574138
批准年份:2015
负责人:金潮渊
学科分类:F0403
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
4

基于飞秒激光刻蚀微腔的光子晶体光纤流体传感研究

批准号:10974100
批准年份:2009
负责人:张伟刚
学科分类:A2201
资助金额:37.00
项目类别:面上项目