南京大學(xué)在鉺配合物的合成方面的應(yīng)用研究取得突破進(jìn)展

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最近，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院、配位化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭佑軒教授課題組和英國(guó)W.P. Gillin教授、P. B. Wyatt博士、西班牙I. Hernandez博士等在長(zhǎng)壽命、高效率鉺配合物的合成及在光放大方面的應(yīng)用研究取得突破進(jìn)展，合作研究成果發(fā)表在最新的《自然—材料》（Nature Materials）(2014, 13, 382-385)上。 

　　現(xiàn)代遠(yuǎn)程電子通訊以世界范圍的光纜為基礎(chǔ)，由于數(shù)據(jù)損失，需要通過摻鉺的光纖放大器(EDFAs)來彌補(bǔ)光纖信號(hào)的衰減。但由于鉺離子自身的吸收非常弱，EDFAs 需要沿著10-30米長(zhǎng)的摻鉺光纖軸向放置分離的泵浦激光器來實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)光增益。這既需要高能泵浦激光器，又不能將摻鉺激光器的不同部件集成到同一基底上，這使得摻鉺激光器笨重而昂貴。雖然敏化鉺發(fā)光的研究工作已經(jīng)進(jìn)行多年，但一直未能制備出集合多種性能的適用材料。因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)有機(jī)物中會(huì)出現(xiàn)CH或OH振動(dòng)能量損失，鉺離子的發(fā)射會(huì)被淬滅，從而使量子效率非常低。

　　鄭佑軒等通過把高量子效率的全氟化鉺配合物摻雜在全氟化的主體發(fā)色團(tuán)分子中，實(shí)現(xiàn)了高吸收效率的主體發(fā)色團(tuán)分子對(duì)鉺離子的有效耦合，就消除了鉺離子發(fā)射淬滅的問題。同時(shí)由于高原子序數(shù)的氟原子會(huì)增加自旋軌道相互作用，從而導(dǎo)致系間穿越(ISC)效應(yīng)增加，這會(huì)增加因自旋而能與鉺離子高效耦合的三線態(tài)。由于主體發(fā)色團(tuán)中三線態(tài)具有很長(zhǎng)的壽命，極大增強(qiáng)了敏化作用，使得敏化作用不僅來源于與鉺離子最近的主體發(fā)色團(tuán)分子。用這種方法，實(shí)現(xiàn)了在有機(jī)主體材料中的鉺離子7%的量子效率（壽命為0.86 ms），敏化因子達(dá)到104數(shù)量級(jí)(其他體系的敏化因子只有大約為5)，這在有機(jī)體系中是一個(gè)新的紀(jì)錄。 

　　進(jìn)一步，在硅基底上成功制備了高光增益波導(dǎo)器件。使用非常低功率（3 mW，市售即可）藍(lán)光LED作為泵浦光源，即可實(shí)現(xiàn)鉺離子粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，達(dá)到至少15 dB/cm以上的光增益。本方法優(yōu)點(diǎn)是垂直泵浦結(jié)構(gòu)不僅可以以廉價(jià)的LED取代了昂貴的激光器，而且不再用軸向泵浦，這就解決了目前硅基光子學(xué)中需要將激光器和波導(dǎo)精確地集成到一起這一重要技術(shù)難題。

　　本研究成果表明，LED可能被集成到器件中的OLED所取代，甚至可以直接通過有機(jī)層的電子激發(fā)作為泵浦源，從而使非常簡(jiǎn)單的激光器集成到硅基襯底以及芯片間的光通訊成為可能�！　�

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