基于局域表面等离子激元反馈的有机半导体红绿蓝三色激光发射特性研究

Plasmon-enhanced fluorescence is one of the frontier fields of optoelectronics science. Recently, plasmonic feedback lasers have attracted broad attentions due to its great scientific significance. However, the feedback mechanism and spectroscopic characterizations of plasmon-enhanced multi-wavelength polymer lasers require further investigations. Based on our previous work about plasmonic feedback random lasers, this project is focused on the broadening of localized surface plasmon resonance spectra and single pump source for triple-color fluorescence. Two nanofabrication techniques are employed, including a solution-processable method and a laser-induced transfer technique. The plasmonic feedback mechanism of multi-wavelength emission in polymer-coated metallic nanostructures can be investigated using the steady-state and transient spectrum measurements. The relationship between metallic nano-cavities, poymers and pumping source will be studied. Furthermore, properties of red-green-blue polymer lasers based on plasmonic feedback will be explored systematically. These valuable researches may enrich the basic research of organic optoelectronics, and provide practical guidance for developing new efficient laser sources.

等离子激元增强荧光发射是光电子学领域的国际发展前沿，其中基于等离子激元反馈的激光发射因具有重要的科学意义而备受研究人员关注，但局域表面等离子激元对多波长发射的有机半导体荧光材料体系的反馈机制及其激光发射特性尚有待研究。本项目以等离子激元反馈随机激光发射的前期工作为研究基础，以局域表面等离子激元谱线展宽和三色荧光材料单一泵浦源问题为关键主线，以金纳米颗粒胶体溶液法和激光诱导转移法为制备方法，以稳态、瞬态时间分辨光谱技术和飞秒激光的泵浦探测技术为测试手段，系统考察金属纳米结构中局域表面等离子激元对有机半导体材料多波段荧光发射的反馈机制，探索金属纳米谐振腔、多波长发射有机半导体荧光材料体系、泵浦源之间的依赖关系和一般性物理学规律，实现等离子激元反馈红绿蓝三色激光低阈值发射，分析其发射特性和理论机理。本项目的研究对于丰富有机光电子学基础研究、指导新型高效率激光光源开发具有理论意义和实用价值。

等离子激元增强荧光发射是光电子学领域的国际发展前沿，其中基于等离子激元反馈的激光发射因具有重要的科学意义而备受研究人员关注。本项目以等离子激元反馈随机激光发射的前期工作为研究基础，以局域表面等离子激元谱线展宽和三色荧光材料单一泵浦源问题为关键主线，以金纳米颗粒胶体溶液法和激光诱导转移法为制备方法，以稳态、瞬态时间分辨光谱技术和飞秒激光的泵浦探测技术为测试手段，系统考察金属纳米结构中局域表面等离子激元对有机半导体材料多波段荧光发射的反馈机制。在本项目资助下，项目负责人及其团队明确了基于等离子激元反馈的有机半导体红绿蓝三色激光发射特性，阐明了其物理机理，完成了本项目的预期目标，取得了一系列理论和实验成果。发表第一/通讯作者SCI论文22篇（预期目标为10篇以上，本项目均为第一标注），其中影响因子大于3的论文18篇；申请国家发明专利4项（预期目标为4-8项），已授权3项；培养3 名硕士研究生毕业（预期目标为3名）。相关成果获得了2015年霍英东青年教师奖，入选了2016年北京市高创计划。.设计并实现了金属纳米结构中局域表面等离子激元宽带光谱，有效地对多波段荧光发射进行反馈和增强，最低激光阈值达到5.8 μJ/cm2，探索金属纳米谐振腔、多波长发射有机半导体荧光材料体系、泵浦源之间的依赖关系和一般性物理学规律，得到了金属纳米谐振腔参数与有机半导体材料荧光发射峰位之间的定量关系，实现了单一泵浦源激励下的多波长/波段激光发射，实现了等离子激元反馈红绿蓝三色激光低阈值发射，发射波长依次为636 nm, 565 nm and 467 nm，阈值依次为13 μJ/cm2, 92 μJ/cm2, and 104 μJ/cm2，分析了其最优腔型参数及其能量转移机制，并探索了该器件的微型化，成功将其制备在了光纤端面上。.本项目的研究对于丰富有机光电子学基础研究、指导新型高效率激光光源开发具有理论意义和实用价值。

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