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福建物構(gòu)所首次實(shí)現(xiàn)五光子泵浦受激發(fā)射
多光子吸收是指材料介質(zhì)通過同時(shí)吸收兩個(gè)或者兩個(gè)以上的光子向高能級(jí)躍遷的過程。多光子吸收過程可以使用較長的激發(fā)波長,同時(shí)它具有光吸收和泵浦光強(qiáng)的非線性依賴(平方、立方、四次方等)特性。多光子吸收技術(shù)在多光子生物成像、頻率上轉(zhuǎn)換激光以及光限幅等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前國內(nèi)外對(duì)多光子吸收材料的研究大都局限在雙(三)光子吸收材料研究,對(duì)于更高階非線性吸收過程及材料的研究非常少。五光子吸收誘導(dǎo)熒光是一個(gè)九階的非線性光學(xué)躍遷過程,理論上躍遷幾率非常小,因此是一個(gè)實(shí)驗(yàn)上很難觀測(cè)的現(xiàn)象,特別是基于五光子泵浦的相干受激發(fā)射(或激光)則是一種更難實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,迄今未見報(bào)道。
在中科院“百人計(jì)劃”、國家自然科學(xué)基金和科技部863計(jì)劃等項(xiàng)目支持下,福建物構(gòu)所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭慶東課題組和中科院光電材料化學(xué)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳學(xué)元課題組合作,通過合理的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和遴選,合成了具有Donor-Pi-Acceptor電子結(jié)構(gòu)和較大多光子(三光子和五光子)吸收截面的新型有機(jī)光電材料IPPS。該材料在1197 nm(三光子激發(fā))的飛秒激光激發(fā)下,實(shí)現(xiàn)了近紅外到可見激光(503 nm)的輸出,激光的凈轉(zhuǎn)換效率達(dá)10.4%;進(jìn)一步地,當(dāng)激發(fā)波長從1197 nm移動(dòng)到2100 nm(五光子激發(fā))時(shí),首次成功地實(shí)現(xiàn)中紅外到501 nm的可見波段上轉(zhuǎn)換受激發(fā)射。相關(guān)研究成果以全文形式發(fā)表在《自然-光子學(xué)》上(Nature Photonics, 2013, doi:10.1038/nphoton.2012.344)。
該研究展示了五光子吸收過程的一個(gè)重要應(yīng)用。這些多光子吸收材料還可用于生物成像研究,通過使用長波長的紅外激光作為光源,減少背景光的干擾并降低生物光損傷;而且多光子激發(fā)過程特有的光強(qiáng)依賴性,可以實(shí)現(xiàn)更高空間分辨率和深層次的組織成像。
此外,鄭慶東課題組在有機(jī)光電材料的光子學(xué)及能源領(lǐng)域應(yīng)用研究方面取得了系列進(jìn)展(J. Mater. Chem. C,2013, DOI: 10.1039/C2TC00780K;Analyst, 2012, 137(18), 4140–4149;J. Mater. Chem., 2012, 16032-16040)。 |
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