安徽大學(xué)物理與光電工程學(xué)院、光電信息獲取與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及信息材料與智能感知安徽省實(shí)驗(yàn)室特種光纖與光纖激光技術(shù)團(tuán)隊(duì)胡志家教授在液晶激光研究方面取得系列進(jìn)展，先后在光學(xué)權(quán)威期刊發(fā)表4篇論文，安徽大學(xué)均為第一單位。在電場(chǎng)調(diào)控液晶帶隙激光方面，該團(tuán)隊(duì)通過直流電壓驅(qū)動(dòng)液晶帶隙移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)160 nm（560-720 nm）帶隙激光波長的調(diào)控。激光染料PM597的熒光光譜（550-750nm）的利用率高達(dá)80%。利用多元線性回歸模型闡明了激光器發(fā)射的激光強(qiáng)度與光子態(tài)密度、熒光量子產(chǎn)率和內(nèi)部散射之間的內(nèi)在關(guān)系，為液晶激光的設(shè)計(jì)提供了理論支撐。研究成果以“Efficient Fluorescence Utilization and Photon Density of States-Driven Design of Liquid Crystal Lasers”發(fā)表于光學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《Laser & Photonics Reviews》（DOI: 10.1002/lpor.202301122；第一作者為博士生屈廣陰）。在溫度調(diào)控激光波長方面，團(tuán)隊(duì)在手性液晶中實(shí)現(xiàn)了溫度調(diào)控F?rster共振能量轉(zhuǎn)移激光器。通過改變溫度驅(qū)動(dòng)液晶帶隙的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)激光波長從560 nm（黃色）到700 nm（紅色）的連續(xù)變化，并利用金納米棒的局域表面等離子體共振效應(yīng)，增強(qiáng)激光強(qiáng)度達(dá)200倍以上。研究成果以“Efficient and tunable liquid crystal random laser based on plasmonic-enhanced FRET”發(fā)表于《APL Photonics》 （DOI: 10.1063/5.0134978；第一作者為博士生屈廣陰）。
圖1. 液晶激光器原理圖、液晶光子態(tài)密度模擬、及不同電場(chǎng)下的激光光譜
圖2. 激光器原理圖及不同溫度下的激光器件透射光譜
向列相液晶是流體電介質(zhì)，分子長軸沿同一方向排列被視為液晶光軸。增益介質(zhì)如激光染料PM597總沿著液晶光軸方向排列，產(chǎn)生振動(dòng)方向平行于光軸的隨機(jī)激光。在單軸晶體中，電磁平面波可以描述為尋常和非尋常偏振波分量的疊加。液晶對(duì)這兩種偏振波有不同的折射率，因此可以提供強(qiáng)散射。但這也使得隨機(jī)激光在液晶中的傳輸損耗很大。針對(duì)以上問題，該團(tuán)隊(duì)在液晶體系中引入波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，基于聚酰亞胺薄膜折射率與液晶對(duì)尋常和非尋常光的折射率差的不同，降低了偏振方向位于液晶主平面內(nèi)的隨機(jī)激光的傳輸損耗，實(shí)現(xiàn)偏振度為1的線偏振隨機(jī)激光發(fā)射。研究成果以“Waveguided nematic liquid crystal random lasers”發(fā)表于《Nanophotonics》。 （DOI:10.1515/nanoph-2021-0353；第一作者為碩士生黃運(yùn)曦）。
鑒于胡志家教授在液晶隨機(jī)激光所做的研究，Physical Chemistry Chemical Physics雜志邀請(qǐng)胡志家教授撰寫題為“Liquid crystal random lasers”的Perspective，相關(guān)成果發(fā)表在《Phys. Chem. Chem. Phys.》（DOI: 10.1039/d2cp02859j；第一作者為博士生屈廣陰），同時(shí)該文章被PCCP編輯選為2022 PCCP HOT Articles。
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