智能响应微纳激光器的可控构筑及用于信息存储与加解密的研究

Smart luminescent devices can give rise to multiple states upon external stimuli, which are thus of significance in the construction of optical data recording and document encryption systems. Compared to the fluorescent materials and devices, micro/nanolasers offer unique opportunities in development of optical data recording and document encryption systems owing to their advantages of sharp spectral features and compact size. However, severely restrained by the narrow gain range and limited knowledge in the excited-state processes in organic gain materials, it remains a great challenge to realize rapid and effective modulation of lasing processes in order to construct the smart responsive microlasers. In this project, we propose to design microlasers that contain donor-acceptor pairs exhibiting efficient Förster resonance energy transfer with an attempt to modulate luminescent states rapidly and efficiently. We will investigate the ultrafast energy transfer process in the microcavities and explore an effective method to modulate the competition between the radiative rate of donor and the rate of energy transfer. Consequently, a universal mechanism will be proposed for rapid regulation of the excited-state processes and modulating lasing signals in organic microstructures. This proposal is anticipated to pave a new avenue toward construction of novel smart responsive microlasers and high-security optical recording systems.

智能响应型发光器件在外界环境刺激下可以产生多重发光信号，对于实现光信息存储与加解密等光子学功能具有重要的意义。与传统发光材料器件相比，微纳激光具有锐利易辨识光谱信号及小尺寸的优点，为发展高密度信息存储与高安全系数的加解密器件提供了新的契机。然而，由于微纳激光器件中有限的光学增益范围以及缺乏对其内激发态过程调控机制的深入理解，如何实现对激光信号快速动态调控从而可控构筑智能响应微纳激光器件仍是一项亟待解决的难题。针对上述难题，本项目拟设计和制备具有给体/受体分子的有机二元增益组分的高品质微纳激光器，研究微纳体系中超快的共振能量转移过程，探索调控给体分子辐射速率与给/受体分子能量转移速率之间竞争过程的有效方法，进而提出具有指导意义的快速调控激发态过程以及可控构筑多个激光信号的普适机制。本研究将为发展新型的智能响应微纳激光器以及构筑具有高密度信息存储且高安全系数的数据加解密光子学器件提供新的思路。

智能响应型发光器件在外界环境刺激下可以产生多重发光信号，对于实现光信息存储与加解密等光子学功能具有重要的意义。与传统发光材料器件相比，有机光子学材料具有柔性可加工及易于光子学信号调控等的优点，为发展高密度信息存储与高安全系数的加解密器件提供了新的契机。然而，由于缺乏对微纳光子学结构精准组装机制以及其内激发态调控原理的深入理解，如何实现具有智能响应性的微纳光子学功能器件仍是一项亟待解决的难题。本项目提出了以光子学功能为导向的理性构筑有机复合微纳结构的思想，阐明有机微纳光子学结构组装的一般规律，从而有效解决了微纳光子学领域中光学共振腔损耗高以及微纳异质结构无法有效精准构筑的难题。（2）发展了多种有机激发态调控手段，建立了有机激发态和光子学性能的内在关联，提出了激发态调控激光性能的相关理论并据此构筑了先端智能响应型微纳光子学器件；（3）构建了微纳光子学结构/性能调控的理论框架，有利于从材料/化学科学的高度指导有机微纳光子学功能元器件的理性构筑。提出了有机微纳隐藏光子学条形码的概念与编码机制以及构建空间智能响应微纳光子学条形码的有效方法。项目执行期间，其中以第一作者或通讯作者在国际高水平权威期刊上发表相关研究论文6篇，包括3篇国际化学顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed. 与1篇国产顶级期刊National Science Review ，授权中国发明专利2项。

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