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福建物构所首次实现五光子泵浦受激发射

2013-02-06 11:17
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  多光子吸收是指材料介质通过同时吸收两个或者两个以上的光子向高能级跃迁的过程。多光子吸收过程可以使用较长的激发波长,同时它具有光吸收和泵浦光强的非线性依赖(平方、立方、四次方等)特性。多光子吸收技术在多光子生物成像、频率上转换激光以及光限幅等领域具有广阔的应用前景。目前国内外对多光子吸收材料的研究大都局限在双(三)光子吸收材料研究,对于更高阶非线性吸收过程及材料的研究非常少。五光子吸收诱导荧光是一个九阶的非线性光学跃迁过程,理论上跃迁几率非常小,因此是一个实验上很难观测的现象,特别是基于五光子泵浦的相干受激发射(或激光)则是一种更难实现的实验现象,迄今未见报道。

  在中科院“百人计划”、国家自然科学基金和科技部863计划等项目支持下,福建物构所结构化学国家重点实验室郑庆东课题组和中科院光电材料化学与物理重点实验室陈学元课题组合作,通过合理的分子结构设计和遴选,合成了具有Donor-Pi-Acceptor电子结构和较大多光子(三光子和五光子)吸收截面的新型有机光电材料IPPS。该材料在1197 nm(三光子激发)的飞秒激光激发下,实现了近红外到可见激光(503 nm)的输出,激光的净转换效率达10.4%;进一步地,当激发波长从1197 nm移动到2100 nm(五光子激发)时,首次成功地实现中红外到501 nm的可见波段上转换受激发射。相关研究成果以全文形式发表在《自然-光子学》上(Nature Photonics, 2013, doi:10.1038/nphoton.2012.344)。

  该研究展示了五光子吸收过程的一个重要应用。这些多光子吸收材料还可用于生物成像研究,通过使用长波长的红外激光作为光源,减少背景光的干扰并降低生物光损伤;而且多光子激发过程特有的光强依赖性,可以实现更高空间分辨率和深层次的组织成像。

  此外,郑庆东课题组在有机光电材料的光子学及能源领域应用研究方面取得了系列进展(J. Mater. Chem. C,2013, DOI: 10.1039/C2TC00780K;Analyst, 2012, 137(18), 4140–4149;J. Mater. Chem., 2012, 16032-16040)。

多光子吸收材料实现五光子泵浦受激发射

 

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