中文名 | 多激光染料共掺介孔玻璃:新型宽调谐多波长发光材料 | 项目类别 | 青年科学基金项目 |
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项目负责人 | 李日红 | 依托单位 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 |
本项目研究了运用新型溶胶凝胶合成介孔磷酸铝玻璃,并通过浸渍法复合多波长激光染料,研究其宽调谐的发光性质,结合高分辨率的固态核磁共振,分析染料跟固体玻璃网络的结合状态,解析染料在孔中的分布状态。主要涵盖三个部分的工作:1)香豆素染料复合介孔磷酸铝玻璃的蓝光发光性质研究。通过不同浓度的香豆素掺杂,研究其发光性质和稳定性,实现高浓度的染料固化和发光;2)罗丹明6G染料复合介孔磷酸铝玻璃的红光发光性质研究。通过不同浸渍时间的发光研究,结合高分辨固态核磁共振Al和P的单共振和双共振技术研究染料和玻璃的相互作用,分析其化学键合作用;3)基于上述两种染料的发光研究,进行优化掺杂,同时实现两种染料的共同复合,实现宽调谐发光。
面向激光和先进光学应用,尤其是面向未来全光网络光通讯的动态波长分配和新型白光光源的开发,基于微介孔材料共掺杂多种特定的激光染料是【Nature 2010】是实现宽调谐多波长发射的最有效方法之一,有望突破染料激光难以实现高效率、高稳定性、超宽调谐 瓶颈。本项目拟以我们近年发展的新型介孔磷酸铝玻璃和薄膜作为载体,运用分步浸渍法以及单步合成法,制备多种特定激光染料共组装(浓度可控)的新型固体激光染料介质。运用先进固态NMR等多种结构分析手段研究相关激光染料与介孔玻璃载体间的相互作用-物理吸附/化学键合,系统研究介孔结构、染料浸染和固化参数(溶剂、温度、时间、pH值)等对激光染料掺杂和发光性能影响,优化多激光染料共掺杂AlPO4介孔玻璃和薄膜制备方案,实现多种不同波长激光染料的可控浓度、致密(化学键合)、低团聚组装,发展高效、高稳定性的宽调谐多波长荧光发射的新型固体染料载体。
稀土材料是比较新的夜光粉。 还有比较早的(国内比较晚),氚光产品,既氢的同位素,他本身不发光,但他衰变产生的辐射可以让某些发光体发光,比如比较老的硫化物(硫化锌等)或新点的稀土材料粉。 ...
能够以某种方式吸收能量,将其转化成光辐射(非平衡辐射)物质叫做发光材料。 发光材料的发光方式是多种多样的,主要类型有:光致发光、阴极射线发光、电致发光、热释发光、光释发光、辐射发光等。 无机材料 无...
高纯稀土氧化物Y2O3,Eu2O3,Gd2O3,La2O3,Tb4O7等制成的各种荧光体,广泛用于彩色电视机、投影电视、航空显示器、X射线增感屏、超短余辉材料以及各种灯用荧光粉等。半导体发光材料有Zn...
蓄光型自发光材料又称为光致光超长余辉蓄光材料、非放射性蓄光材料、无电源自发光材料等。由于其特有的高亮度、快吸光、长蓄光、化学稳定性好及耐候性强等优良理化性能,使其广泛应用于建筑装饰、交通运输、消防安全、电子通信、电力电器、仪器仪表、石油化工、地铁隧道、印刷印染、广告牌匾、
近年来,针对稀土掺杂的含氟化物纳米晶和含半导体量子点的系列透明玻璃陶瓷,开展了材料的制备技术、显微结构调控以及光谱性能研究。主要研究思路是通过探索晶化动力学,了解晶相形成机理,调控纳米复合结构;在结构-光谱特性关系研究的基础上,优化结构,改善发光性能。研究取得系列重要成果,通过结构调控,获得了若干种具有优异上转换或下转换发光特性、应用前景广阔的透明玻璃陶瓷材料,如:1.制备的含Tm/Er:YF_3透明玻璃陶瓷可实现宽带红外发射,发光峰最大半高宽达175nm,可完全覆盖1.4~1.7μm光通讯窗口,可望开发为优良光纤放大器材料。2.通过改变稀土掺杂种类和溶度,含Re:YF_3透明玻璃陶瓷可分别具有近紫外、蓝色、绿色、红色和近红外多色上转换发光。3.成功获得了含Er:CdS或Eu:ZnO半导体量子点的透明玻璃陶瓷,通过量子点向稀土离子的能量转移,可以增强稀土发光。这为发展优良半导体发光材料提供了新的思路。4.成功制备了含Er:NaYF_4纳米晶的透明玻璃陶瓷,该材料吸收红外光后通过上转换过程发射强的可见光,且通过改变稀土掺杂溶度可基本实现红色和绿色上转换发光强度比的全程调制。该材料在扩大硅太阳电池对阳光有效响应频谱范围、提高光电转换效率方面具有重要应用前景。总之,制备工艺简单、成本较低的透明玻璃陶瓷是一类很有前途的新型发光材料,加强结构-性能关系和结构调控研究,是发展该材料的关键。
与单芯光纤激光器相比多芯光纤激光器有着更大的有效模场面积,有利于提高光束的输出功率。多芯光纤激光器因各个纤芯之间互相称合直接形成超模传导因为各个纤芯之间的距离已定,所以纤芯之间的相位差已经锁定,同时纤芯之间的离散分布有利于` 响I。多芯光纤的出现为高功率激光输出光纤激光器的实现提供又一种可能。因为多芯光纤激光器具备其它光纤难以比拟的独特优势,国外很多知名研究机构展开了大量的理论和试验研究,例如美国Arizona大学、PC Photonics、英国QinctiQ和俄罗斯Troitsk新技术研究中心等。已有大量关于7芯、19芯、37芯等不同纤芯数目和不同结构的多芯光纤激光器研究报道。
2001年,P.K.Cheo等人报道了七芯光纤激光锁相输出的详细情况。整个光纤的光束质量较好,其中输出总功率超过5 同相超模数值孔径NA为0.15,光束质量因子M2<1.2,斜效率为65.2%,远场中央主瓣功率超过总功率的80%[31]。2004年,Cheo等人对19芯光纤进行试验,输出功率超过100 W,远场光束质量因子为M2为1.5,这个值接近同相超模光束质量理论值。
2005年,L.MichaiUe等人对六芯光子晶体光纤进行试验,实现激光的锁相输出,其斜效率为649^,合成光束远场发散角小于衍射极限的1.1倍左右。2006年,Michaille等人又对18芯光子晶体光纤进行试验,实现激光的锁相输出,具体数值为平均功率65 W,斜效率为46%,合成光束场发散角是衍射极限的1.2倍左右。并且通过实验验证了激光器效率随纤芯数目增多而降低。
Y.HUO等人主要对多芯光纤激光器理论知识方面进行研究,给出了人们研究多芯光纤激光器方面的理论指导,并对其激光输出建立了完整的理论模型。通过大量试验及仿真证明激光器的光光转换效率将随着纤芯数目的增多而降低,比如说7芯光纤的转换效率为70%,而19芯光纤的光光转换效率则只有50%。Cheo等建立的称合模理论还表明合成光束质量将随纤芯的增多、输出功率的提高而下降。国内的光纤激光器技术有着很快的发展,如北京交通大学、天津大学、国防科技大学等科研机构和大学已经 展了关于多芯光纤激光器的研究,并取得一定成果,但总体来说还处于探索阶段。
光纤结构的不同决定了多芯光纤输出不同的超模,多芯光纤超模模场分布和传输特性是多芯光纤研究和应用中最重要的问题。关于多芯光纤的超模模场分布的研究及理论分析已经有大量文献分析过,分析结果表明多芯光纤的输出模式是含有多个超级模式的混合模。
最常釆用的分析多芯光纤激光器的不同模式的理论是耦合模理论(Coupled, mode theory, CMT) 亲合模理论可以对纤芯之间的亲合过程进行解析的模拟仿真。如果多芯光纤各纤芯之间的亲合较强的话,可以用多模干涉法(Multimode Interference,对其进行分析。另外常用的有限元分析法(Finite element method, FEM)求解多芯光纤中传导的超模可以获得很髙的精确度,。此外还有基于有限差分光束传输法(Beam propagationmetllod, 的数谭方法吾模理论具有可行性和精确性等优点,适用于分析多芯的光纤结构,前面已经提到过它一般只适用于弱称合的情形,如果配合使用矢量亲合模理论(VCMT)可以获得更高精度的求解结果。已有可以模拟多芯光纤模场分布的软件Cortisol、Rsoft、BeamPROP等,这些软件可直接用来进行多芯光纤中模式传导的模拟。.
据外媒报道,目前由美国西北大学和阿贡国家实验室联合进行的一项研究已经成功构建了一个小型基于芯片的激光设计,能输出多色激光,向集成光子激光器的进展迈出了一大步。相关研究结果发表在10日的《Nature Nanotechnology》上。
可能的用途包括光纤加密、编码、冗余和更高的数据速率流,以及为病变组织提供实时多色医学成像等。
美国西北大学化学教授Teri W. Odom表示:“我们的工作证实了,可以在单个设备中实现对不同颜色控制的多模激光。与传统的激光器相比,我们的激光器拥有稳定的多模态纳米级激光发射,而且我们能够对激光束进行细致和精细的控制。”
该研究为基于结构工程以及对纳米颗粒超点阵光带结构的控制的多模式纳米级激光的设计和机制提供了新的见解。
在该设备中,纳米颗粒超点阵与液体增益(染料)进行了集成。使用这种技术,可以通过简单地改变设备的腔体结构来控制激光的颜色和强度,以及一次生成和调谐多种颜色。
Odom指出,她和她的团队将在未来考虑通过同时激发蓝色、绿色和红色波长来设计白色纳米激光器。她们的研究应该允许他们通过控制蓝色、绿色和红色通道的相对强度来改变暖白光和冷白光之间的“白度”。
此外,这项新的研究还为化学过程中的超灵敏感应(可以同时监测不同的分子)以及多种颜色的原位细胞成像提供了可能性。(文/Oscar译)
原文:Band-edge engineering for controlled multi-modal nanolasing in plasmonic superlattices
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2017.126.html
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