低维有机光子学方面实现了激子极化激元的传输与谐振

2011-5-21 00:31 来源: 中国科学院
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  纳米光子学主要研究如何在微纳米尺度上对光子运动进行操纵、调节和控制,在未来信号传播和信息处理方面具有广泛的应用前景。有机材料中的Frenkel激子具有高的激子结合能,能够与光子耦合形成稳定的激子极化激元(Exciton Polariton, EP)。这种激子光子强耦合作用对有机纳米线体系中光波导行为和发光调制谐振等方面有着重要的作用。

  中科院化学研究所光化学院重点实验室的科研人员近年来一直致力于低维有机光子学方面的研究工作(Adv. Mater., 2008, 20, 1661-1665; Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 7301-7305),探索了有机单晶纳米材料的低损耗波导与受激发射性质。

  最近,在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下,科研人员在前期工作的基础上制备了三重态敏化剂均匀掺杂的有机纳米波导材料,通过激子极化激元传播过程中的双向能量转移,实现了稳定白光耦合输出的光波导器件 (Adv. Mater., 2011, 23, 1380-1384)。该工作证实了有机低维材料的波导过程中存在Frenkel激子与光子的耦合,为实现基于激子极化激元的有机光子学器件奠定了基础。进一步以阳离子表面活性剂为模板,诱导双光子荧光分子自组装,形成了四方截面的有机纳米线。通过测量有机纳米线微腔中Fabry-Pérot型发光光谱和模拟激子激元谐振模型下的电场强度分布,研究了其中激子极化激元传播并发生谐振的行为,同时实现了双光子泵浦的有机纳米线激光器(J. Am. Chem. Soc.,2011,133, 7276–7279)。

  相关研究结果为实现有机纳米光子学器件提供了新的思路。

   

有机纳米线中激子激元传播与能量转移示意图

   

有机纳米线激子激元谐振腔中的电场分布