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2022-01-18 13:50 |
中科院理化所在藍(lán)相液晶光子晶體多模式激光器方面取得新進(jìn)展
藍(lán)相液晶是一種性能優(yōu)異的光子晶體，具有高反射率，窄帶隙，高度有序的立方晶格和相形成無(wú)需取向?qū)拥葍?yōu)勢(shì)，在新型光子器件的制備領(lǐng)域展現(xiàn)出很大的潛力。然而，到目前為止，藍(lán)相液晶在激光器應(yīng)用方面，絕大多數(shù)研究成果都集中在高能帶邊或低能帶邊的單模激光或隨機(jī)激光。在藍(lán)相液晶中，同時(shí)在多個(gè)不同波長(zhǎng)出現(xiàn)單模激光峰的多波長(zhǎng)激光器還未實(shí)現(xiàn)，多波長(zhǎng)激光的機(jī)理尚不清楚。 j+$ M?Z^
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近日，中科院理化所仿生智能界面科學(xué)中心江雷院士、王京霞研究員團(tuán)隊(duì)利用窄帶隙藍(lán)相液晶禁帶附近的諧振模式，在染料摻雜藍(lán)相液晶(C6-BPLC)諧振腔中實(shí)現(xiàn)面發(fā)射一至四波長(zhǎng)激光激射。通過(guò)調(diào)節(jié)藍(lán)相液晶帶隙中心、染料有序度參數(shù)、諧振腔質(zhì)量以及泵浦光能量，可以控制激光峰值的數(shù)量和中心波長(zhǎng)位置。對(duì)于單波長(zhǎng)激光，本研究實(shí)現(xiàn)了超窄線寬激光峰，線寬為0.04 nm (Q因子為13454)。雙波長(zhǎng)激光可在自支撐多疇/單疇C6-BPLC薄膜中實(shí)現(xiàn)，激光峰值中心位置可從512.5 nm變化到559.1 nm。三波長(zhǎng)和四波長(zhǎng)激光的實(shí)現(xiàn)則需要滿足以下條件: (i) 需要合適的λc (≥523.8 nm)，從而使C6-BPLC薄膜在禁帶附近有四種熒光諧振本征模式。當(dāng)λc ≤523.8 nm時(shí)，高能量和低能帶邊的兩種熒光共振本征模相互重疊，無(wú)法有效區(qū)分。(ii) C6-BPLC薄膜應(yīng)保存在液晶盒中，避免自支撐薄膜彎曲、扭轉(zhuǎn)和拉伸導(dǎo)致的晶格變形。(iii) λc應(yīng)小于543.2 nm，保證至少有三種共振模式可被C6熒光峰覆蓋以獲得足夠增益。(iv)需要染料分子在液晶體系中中具有低的有序度參數(shù)，以保證高能帶邊和低能帶邊閾值接近。(v)泵浦光的功率密度應(yīng)強(qiáng)到足以使三個(gè)或四個(gè)諧振模式有足夠增益產(chǎn)生激光。 ;{Xy`{Cg!
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相關(guān)研究結(jié)果以 Single-, Dual-, Triple, and Quad-wavelength Surface-emitting Lasing in Blue Phase Liquid Crystal為題發(fā)表在Advanced Materials上（https://doi.org/10.1002/adma.202108330）。該文章通訊作者為中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所王京霞研究員和金峰高級(jí)工程師。第一作者為中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究生劉捷。中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所江雷院士和日本中央大學(xué)Tomiki Ikeda教授為本研究提供了專業(yè)的指導(dǎo)和幫助。 wcwQj
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