染料分子与聚合物光波导混合集成的实验研究

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光量子信息处理以编码和操控单光子为核心。单光子源是其中最重要的量子资源。将单光子源与光子芯片高效集成是光量子信息处理向大规模发展的有效途径,也是当今光量子技术发展中面临的重要挑战。晶体基质中的有机染料单分子是一类性能优异的单光子源,具有尺寸小、易制备、低温下跃迁稳定、线宽窄等优势。双光子三维激光直写技术是一种三维图案转移技术,可直接在有机聚合物材料上形成具有三维微纳图案的光子芯片。若能将双光子三维激光直写技术与有机染料分子结合,有望发展出一套灵活高效的全有机光量子芯片技术平台,推动大规模光量子信息处理芯片技术的发展。本文围绕片上集成单光子源这一重要主题,基于双光子三维激光直写加工技术,致力于将有机染料分子与有机聚合物光子芯片高效耦合集成,针对有机染料分子掺杂纳米晶的制备、纳米晶与聚合物的兼容复合体系构建、复合体系芯片设计和制备等关键问题开展了以下研究:1.使用再沉淀法制备掺杂有染料分子7,8:15,16-Dibenzoterrylene(DBT)的蒽(Anthracene,Ac)纳米晶,通过调整制备过程中不同溶剂的体积比、晶体溶液浓度、溶剂混合时的水温等参数获得了百纳米尺度的DBT分子掺杂蒽纳米晶,并表征了纳米晶的形貌及荧光辐射特性。2.分别测试了聚合物SU8、IP-DIP、PVA以及牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin,BSA)与蒽纳米晶的兼容性。将纳米晶与经过组分改进的BSA相结合,构建兼容复合体系,并实现对复合体系的激光直写加工。3.采用激光直写套刻方案,将蛋白质基聚合物BSA波导与商用光刻胶聚合物IPDIP光子芯片结构相结合,实现染料分子与光子芯片的有效耦合集成,其中BSA波导用于实现染料分子荧光与光波导的耦合,IP-DIP光子芯片结构用于实现荧光的传输和片外耦出探测。
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