激光技術發展使科學研究和工業生產發生革命性變化。小型化半導體激光器的出現，使激光技術成為日常生活的一個重要組成部分。作為激光技術與納米科學交叉而產生的研究前沿，微納激光器在光電子學領域有著巨大應用前景。有機材料具有寬的發光峰，非常適合構筑波長可調諧微納激光器。但有機材料發射受弗蘭克-康登（Franck-Condon）原理支配，通常只在短波0-1振動峰處具有較高的輻射躍遷幾率，而其他能級之間的躍遷受到明顯抑制，因此有機材料通常只有短波振動帶處的激光發射。
近日，中國科學院化學研究所光化學院重點實驗室通過調控振動輻射躍遷，成功突破了弗蘭克-康登原理對有機材料增益區間的限制，實現了波長可切換以及寬譜可調諧的有機微納激光。
在前期工作中，研究人員利用穩態和瞬態光譜技術闡明了有機振動激光的產生機制，即揭示了有機材料中多振動帶激光之間的競爭行為以及不同振動帶處增益-損耗關系對激光出射波長的影響，并基于此，提出了通過溫度控制電子基態振動能級布居來調控不同振動帶處相對光學增益強度的思想，最終在有機微晶中實現了溫度控制的0-1和0-2振動峰處的雙波長可切換激光行為。
在近期的研究中，研究人員提出通過摻雜光學吸收體來調控有機材料的電子振動輻射，進而實現有機微納激光寬譜可調的思想，利用雙源物理氣相沉積技術，可控地制備了具有不同吸收體摻雜濃度的有機微晶。吸收體的引入成功打破了弗蘭克-康登原理對增益區間的限制，首次實現了有機微晶激光輸出波長在全譜范圍內所有振動帶（0-1、0-2、0-3和0-4）之間的任意調節。
理論上，上述有機微納激光的波長調控機制適用于所有共軛有機分子，有助于微納激光的性能提升和功能拓展。該研究中的可調諧激光行為突破了對有機材料中激發態躍遷和增益過程的傳統認識，對設計開發具有特定功能的微納激光器以及其它光電子學元件具有指導意義。
相關研究成果發表在《德國應用化學》上。 該研究得到了國家自然科學基金委、科技部和中科院的資助。
論文鏈接
圖1.通過控制能級布居實現波長可切換有機微納激光
圖2.突破弗蘭克-康登原理限制，實現寬譜可調有機微納激光
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