中科院在有機近紅外固體微納激光研究方面取得系列進(jìn)展

[導(dǎo)讀] 有機固體激光器因其制備簡單、價格低廉和易于集成等優(yōu)勢，一直以來備受科研工作者的關(guān)注。與無機激光介質(zhì)相比，有機激光材料來源廣泛，并且具有發(fā)射光譜寬、受激發(fā)射截面積大等特性，近年來在激光顯示、生物傳感器等應(yīng)用方面顯示出很大的應(yīng)用前景。

　　有機固體激光器因其制備簡單、價格低廉和易于集成等優(yōu)勢，一直以來備受科研工作者的關(guān)注。與無機激光介質(zhì)相比，有機激光材料來源廣泛，并且具有發(fā)射光譜寬、受激發(fā)射截面積大等特性，近年來在激光顯示、生物傳感器等應(yīng)用方面顯示出很大的應(yīng)用前景。在國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的支持下，中國科學(xué)院化學(xué)研究所分子動態(tài)與穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)國家重點實驗室和光化學(xué)院重點實驗室研究員付紅兵課題組近期在設(shè)計有機共軛小分子近紅外發(fā)光材料的基礎(chǔ)上，發(fā)展了有機固體微納近紅外激光器。

　　傳統(tǒng)無機半導(dǎo)體垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser, VCSEL)由上下兩層反射腔鏡以及夾在中間的活性層材料組成，需要復(fù)雜的工藝流程和昂貴的成本。相比較而言，有機半導(dǎo)體材料可以通過低溫溶液加工工藝進(jìn)行激光器諧振腔的構(gòu)筑。科研人員從1，4-二芳乙烯基苯(DSB)入手，利用溶液自組裝的方法制備了六邊形微米盤單晶。利用這種微米片狀結(jié)構(gòu)所形成的回音壁模式(Whisper Gallery Mode)的光學(xué)微腔，通過調(diào)控微米片的尺寸，分別實現(xiàn)了單模和多模的激光發(fā)射 (Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 5863);進(jìn)一步基于有機分子的可裁剪性，系統(tǒng)研究并揭示了分子結(jié)構(gòu)—微納諧振腔—激光性能三者之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)規(guī)律，為高性能有機固體激光器提供了新的設(shè)計思路 (J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 16602);與此同時科研人員把材料體系拓展到有機無機雜化鈣鈦礦材料，實現(xiàn)了綠光波段的激光發(fā)射 (Adv. Mater. 2015, 27, 22)。

　　zui近，研究人員通過把“分子內(nèi)氫鍵"引入有機共軛小分子的策略，合成了固體發(fā)光量子效率高達(dá)15.2%的近紅外發(fā)光材料?查耳酮衍生物DPHP。由于DPHP的雙親性質(zhì)，用溶液自組裝方法自下而上構(gòu)筑了有機微米半球的回音壁諧振腔。與此同時，DPHP材料自身超快的輻射速率，避免了在高強度泵浦光下的激子-激子湮滅現(xiàn)象，使得DPHP材料發(fā)出的近紅外熒光在回音壁腔中實現(xiàn)了光的受激發(fā)大，這也是基于非摻雜型有機固體近紅外激光的*報道(J. Am. Chem. Soc. 2015, DOI:10.1021/jacs.5b03051)。文章在線發(fā)表后，美國《化學(xué)與工程新聞》(C&EN)周刊，以O(shè)rganic Lasers Shine Bright in the Infrared 為題對此工作進(jìn)行了相關(guān)報道并且給予了高度評價：“Easy-to-build hemispheres could prove widely useful for lasing applications"。

[來源：化學(xué)研究所]