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近年来,有机光子学快速发展,激光器是实现有机光子学回路中不可或缺的光学元件,构建具有不同光子学功能的新型微纳激光器是其发展的一个方向。如今,有机荧光染料,通过组装或掺杂固体基质等方法已经被用来制备各种功能性的发光器件,实现了波长的可调、传感及光信号的探测等。在此基础上,发展新型的有机固体激光器,有助于发挥激光的高能量,相干性,高穿透性,高灵敏度,等优点,以便获得更多的功能性微纳激光器应用在高通量传感和光学通信等方面。 有机荧光染料,特别是具有分子内电荷转移性质的染料,不仅具有较高荧光量子产率,还有丰富的激发态:局域激发态-LE-Local Excited State,分子内电荷转移激发态-ICT-Intramolecular Charge Transfer State,扭转的分子内电荷转移激发态-TICT-Twisted ICT和激发过程,为实现波长可调激光提供了可能。并且,高的环境敏感性和生物相容性使得该类分子广泛用在生物环境荧光探测上。将分子内电荷转移染料固定在多孔的固体基质中,能够有效的减小聚集猝灭和分子的扭转带来的能量损失,大大地提高了发光效率,为实现低阈值激光器奠定了基础。本工作选取多孔的固体基质为主体,将客体染料包覆于其中,制备了两种低阈值,高稳定性的有机固体激光器。实现了波长可调和生物激光。 (1)通过离子交换的方法,将阳离子性的半花菁吡啶染料引入阴离子环境的金属有机框架物中,实现了主客体的染料@金属有机框架化合物。MOF孔洞的限域效应有效增强了染料的发光效率,为实现光的放大和激光输出准备了条件。主体MOF高质量的多面体结构可以构成WGM微腔,提供足够的光学反馈。通过加入客体小分子改变孔洞的极性,有效地调节了粒子在激发能级上的分布,实现了极性依赖的波长可调。 (2)淀粉是一种多糖聚合物,丰富的羟基结构能够结合花菁激光染料染料,从而构筑了主客体的染料@淀粉复合物。由于淀粉内部螺旋空间的限域作用,提高了客体激光染料的荧光效率。淀粉天然的微球/椭球形貌为激光提供了高效的谐振腔,从而实现了低阈值的激光输出。通过有目的地诱导淀粉内部结构的改变,获取了高敏感的激光行为,为实现激光在生物探测等方面的应用准备了条件。 我们通过主客体的包合作用,将客体ICT激光染料掺杂于固体基质中,制备了基于不同固体基质的功能性有机微纳激光器。总之,我们研究了基于有机-无机杂化物MOF和生物淀粉材料两种固体基质的功能性WGM激光器。在这两种激光器中,我们主要研究了由化学或物理变化刺激诱导的激光调制与波长可调、生物监测等相关功能的探索。在基于MOF基质的波长可调激光器中,通过利用的MOFs材料的多变的环境的优势优化ICT分子的能级结构研制出了宽谱可调谐的有机固态微激光器。同样的,我们选择了高生物相容性和自成腔的淀粉材料作为固体基质。通过可控诱导淀粉的结构转换,对激光性能进行了高效的调制。这种对生物结构高敏感的激光信号可以被用在生物结构变化的探测方面。