2020年CAIA獎一等獎獲獎項目成果簡介：正倒置一體化顯微時間分辨光譜技術(shù)用于高性能有機微納激光研制
完成單位：中國科學院化學研究所
完成人：閆永麗，張闖，趙永生，姚建年
成果簡介：
精確表征微納尺度增益介質(zhì)受激輻射過程是研制高性能有機微納激光的基礎(chǔ)，也是技術(shù)難點。基于本團隊發(fā)現(xiàn)的有機材料在微納尺度特有的激發(fā)態(tài)過程，我們發(fā)展了具有高時間、空間分辨的正倒置一體化顯微光譜測試技術(shù)，并搭建了測試系統(tǒng)，相關(guān)技術(shù)已獲得發(fā)明專利授權(quán)及著作權(quán)各3項。該系統(tǒng)激發(fā)與檢測光路空間分離的設(shè)計可以有效避免入射光及背景噪聲對成像與信號檢測的干擾，開發(fā)的顯微瞬態(tài)光譜技術(shù)能夠?qū)植繀^(qū)域的激發(fā)態(tài)過程進行精確表征。這些具有自主知識產(chǎn)權(quán)的表征技術(shù)已經(jīng)通過國際質(zhì)量體系認證并在部分單位推廣，廣受好評。利用該平臺，我們研究了有機微納結(jié)構(gòu)材料激發(fā)態(tài)過程，闡明了限域體系中的粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)機理與受激狀態(tài)下的光化學過程，深入認識了Frenkel激子與光子的強耦合特性，基于此解決了光子作為中性玻色子難以操縱的問題，開發(fā)了若干種高性能微納激光；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建三基色激光陣列做面板實現(xiàn)了首例平板激光顯示。
創(chuàng)新點及科學價值：
建立了適宜微納材料激發(fā)態(tài)過程及光子學性質(zhì)表征的新方法，解決了常規(guī)顯微光譜學表征不具備空間、時間分辨的難題，在國家重大科學儀器設(shè)備開發(fā)專項的支持下成功研制“納米光子學測試儀”，并順利通過中國科學院組織的初步驗收及科技部組織的綜合驗收，驗收會上得到了與會專家評委的高度評價。開發(fā)的測試方法及設(shè)備已經(jīng)在用戶單位推廣，用戶反饋良好。在新技術(shù)和新方法的推動下，深入研究有機微納結(jié)構(gòu)材料激發(fā)態(tài)過程與光子學性質(zhì)間的關(guān)聯(lián)，發(fā)展了傳統(tǒng)的光化學理論，同時利用化學的思想和方法發(fā)展柔性光子學材料與器件。
社會經(jīng)濟效益：
目前高端光學儀器市場被國外公司占領(lǐng)，國產(chǎn)光學儀器的跨越式發(fā)展的主要動力就是在表征技術(shù)上的進步與革新。我們開發(fā)的測試新技術(shù)具有高時間、空間分辨的特點，能夠用于微納尺度材料光子學性質(zhì)的精確表征。上述都是現(xiàn)有商業(yè)產(chǎn)品仍在致力發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)和新功能，因此將我們的測試技術(shù)轉(zhuǎn)變成新一代的光學測試儀器，促進加工制造的標準化及市場推廣，將會在光學儀器市場上產(chǎn)生重要的經(jīng)濟效益和廣泛的應(yīng)用前景。
應(yīng)用前景：
利用時間、空間分辨的顯微光譜測試新技術(shù)，我們系統(tǒng)分析了有機微納結(jié)構(gòu)的激發(fā)態(tài)過程與光子學性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)，利用激發(fā)態(tài)過程調(diào)控光子學性質(zhì)，開發(fā)了一系列具有特定功能的光子學器件。在此基礎(chǔ)上我們首次提出了“有機打印光子學”和“有機印刷光子學”的思想，成功地借鑒并運用了制備柔性電路的技術(shù)經(jīng)驗，大面積可控構(gòu)筑具有特定光子學功能的微納結(jié)構(gòu)陣列，解決了有機納米光子學邁向?qū)嵱没δ芷骷年P(guān)鍵問題，可以與現(xiàn)有的硅光子學工藝得到的同類型器件相媲美。打印光子學在材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計上巨大的潛力，為未來探索柔性光子學功能集成的可能性提供了更大的空間，從而引領(lǐng)新一代的信息技術(shù)革命。
