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Angew. Chem. :基于空间分辨的有机WGM异质微环谐振腔的光子学条形码2023-11-02
微/纳光子学条形码因其具有小尺寸且易于识别的特点,而被广泛应用到智能跟踪、数据存储以及高级防伪等领域。有机回音壁模式(WGM)谐振腔可以发射锐利的光谱识别特征峰,对于构筑微纳光子学条形码具有重要意义。随着对编码容量与安全性能需求的不断提升,具有多色信号输出以及空间分辨特征的光子学条形码已经成为微纳编码领域的必然发展趋势。在此之前,有机微纳多色WGM谐振腔主要通过在单个器件上集成具有不同带隙的增益介质来实现。然而由于短波材料的发射被窄间隙材料所吸收,严重抑制了高能区域的光子出射,最终限制了高品质空间分辨光子学条形码的发展。

构建增益介质空间分离的WGM谐振腔可以显著减少吸收损耗,从而有效解决上述问题。同时高品质WGM异质谐振腔有利于集成光谱编码与图形编码的优势,为构筑高编码容量的光子学条形码提供了非常优异的体系。继承了一维棒状结构的优势,环形谐振构型通过在其环形方向上调控增益布置,为构建空间分辨的多色WGM微腔提供了解决方案。然而,目前对于有机异质微环谐振腔的组装和性质研究,还处在极个别探索阶段。

近日,齐鲁工业大学材料科学与工程学部泰山学者青年专家高振华教授与中科院化学研究所赵永生研究员合作,针对有机异质微环谐振腔结构无法有效构筑这一核心问题,创新性提出利用表面张力辅助的异质组装策略构建空间分辨的有机WGM异质微环谐振腔的有效方法。

 

 

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研究人员通过在自组装过程中精确调节给受体分子间电荷转移强度,构筑了全色光谱输出的有机WGM微环谐振腔。微环在激光的泵浦下,发出的荧光光子经过腔体的调制,会形成含有一系列尖峰的调制谱。这些尖峰的位置和数目与腔体的尺寸及折射率有关,于是这些光谱就包含了微腔结构的指纹信息。因此,研究者创新性的对这些调制光谱进行编码,从而构建了高质量的光子条形码。值得注意的是,通过控制异质乳液液滴之间的定向扩散,最终获得了具有多个编码元素的空间分辨的WGM异质微环谐振腔,从而显著提升了条形码的安全强度和编码容量。

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研究人员进一步创新性的对这些有机异质微环发射的空间分辨光谱进行编码,从而构筑了高级安全防伪标签,最终在防伪领域显示了巨大的应用潜力。本工作将在分子水平上对有机异质微环谐振腔组装机制的深入理解以及柔性纳米光子学材料的理性设计提供了新思路。

文信息

Spatially Resolved Organic Whispering-Gallery-Mode Hetero-Microrings for High-Security Photonic Barcodes

Xingwei Feng, Ru Lin, Shuo Yang, Yuyu Xu, Tongjin Zhang, Shunwei Chen, Yingke Ji, Zifei Wang, Shiwei Chen, Prof. Chaofeng Zhu, Prof. Zhenhua Gao, Prof. Yong Sheng Zhao

文章的第一作者是齐鲁工业大学的硕士研究生冯星伟和林儒,通讯作者是齐鲁工业大学的高振华教授与中科院化学所的赵永生研究员。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202310263