激光是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，已經(jīng)在人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著科技的進(jìn)步，激光技術(shù)也不斷發(fā)展，其中微納激光是激光技術(shù)與納米科學(xué)交叉產(chǎn)生的研究前沿。在國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的大力支持下，中國科學(xué)院光化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科研人員多年來一直致力于有機(jī)微納激光材料與器件方面的研究，在有機(jī)微納諧振腔結(jié)構(gòu)的可控組裝，有機(jī)微納激光材料的激發(fā)態(tài)過程，以及有機(jī)柔性微納激光陣列等方面開展了系統(tǒng)的研究工作。
全色激光顯示生物傳感與成像以及光信息處理等方面的應(yīng)用，要求在微納尺度上同時(shí)輸出不同波長的激光，而目前的微納多色激光通常是將不同增益介質(zhì)集成在同一器件中。然而由于缺少可適應(yīng)于多增益區(qū)間的模式選擇機(jī)制，所得到的微納多色激光器大多以多模式運(yùn)行。多模式激光會(huì)造成信號的隨機(jī)波動(dòng)和偽信號的產(chǎn)生，這是目前多色激光應(yīng)用于各種光子學(xué)器件，尤其是光子學(xué)信息處理時(shí)所面臨的一個(gè)關(guān)鍵瓶頸問題。最近，研究人員通過可控的納米構(gòu)筑技術(shù)，構(gòu)建了不同波長有機(jī)微納諧振腔的軸向復(fù)合結(jié)構(gòu)，首次實(shí)現(xiàn)了多增益區(qū)間的激光模式互選，從而實(shí)現(xiàn)了不同波長的微納單模式激光的可控輸出，向高性能納米光子學(xué)集成器件的可控構(gòu)建邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。
圖1 軸向耦合納米線異質(zhì)結(jié)模式調(diào)制效果研究
研究人員選擇兩種具有高光學(xué)增益性質(zhì)的有機(jī)激光染料，通過可控分子組裝，制備了兩種染料各自形貌規(guī)整的有機(jī)單晶納米線。進(jìn)一步利用微操控手段在材料選擇和結(jié)構(gòu)搭建方面的靈活性，將制備的兩種有機(jī)一維晶體構(gòu)筑成軸向耦合的異質(zhì)結(jié)，作為復(fù)合諧振腔結(jié)構(gòu)。在構(gòu)筑的復(fù)合體系中，每一根納米線既可以產(chǎn)生對應(yīng)增益區(qū)間的激光出射，又同時(shí)作為另一根納米線的模式濾波器，在兩根納米線之間的協(xié)同作用下實(shí)現(xiàn)了激光模式的相互調(diào)制，從而獲得了雙波長的單模激光（圖1）。由于不同波長的增益放大在空間上是相互分離的，所得到的軸向耦合諧振腔可以從不同端口實(shí)現(xiàn)不同波長相干信號的分別輸出（圖2），這將極大提高光子學(xué)集成器件的集成度和靈活性。相關(guān)成果發(fā)表在Science Advances2017, 3, e1700225。
圖2 雙色單模激光的可控輸出
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