基于金属-有机框架材料的多色单模微型激光器

分层染料复合的ZJU-68微晶的示意图。b-i，ZJU-68的光学显微照片（b）和染料复合的ZJU-68微晶的显微照片（c-i），比例尺为10μm。图片来源：何华军，崔元京，李洪军，邵凯，陈邦林和钱国栋

由于不同的组织、细胞或生物化学物质对不同波长的光有不同的反应(如光学、热和声学),因此具有可见到近红外(NIR)多色光源的输出为多模态/多维传感成像提供了基础。另一方面,光的偏振特性为散射光信号的分析和处理提供了机会,也有助于获得生物材料中丰富的结构信息。此外,单模微纳激光器满足了信息精度高的小型化光子器件的应用要求,避免了假信号和不同光信号的重叠干扰,结合多色输出特性,有可能实现对各种细胞和分子的定向传感/成像。如果一种材料能够结合宽带多色输出、偏振和单模微纳激光的优点,对于多模微型化生化传感或成像是非常有用的,但目前还没有相应材料的报道。

浙江大学材料科学与工程学院，硅材料国家重点实验室钱国栋教授领导的研究小组在《光科学与应用》上发表的一篇新论文中，报告了该现象。中国已经报道了基于同源外延过程的不同染料分子的分层组装在宿主-客体混合金属-有机框架（MOF）微谐振器中可实现绿色，红色和近红外的三波长单模偏振激光。MOF微晶（称为ZJU-68）中不同染料分子的分段定向组装，起到缩短谐振器的作用，有助于实现动态可控的多色单模激光，三色激光阈值低至约1.72 mJ / cm ²，且偏振度＞ 99.9％。此外，所得到的三色单模激光具有迄今报道的约186 nm（从534 nm到720 nm范围）的最大波长覆盖范围。

研究人员总结了他们的想法：“众所周知,金属-有机框架的空间限制效应可以大大降低聚合引起的有机染料系统的猝灭(ACQ)。但是，当我们需要加载不同的染料分子以扩大发射谱带时，应该如何我们试图避免它们之间的不利能量转移，特别是对于需要极高光学增益的激光系统而言，幸运的是，我们找到了一种解决方案，即原位组装和外延生长的结合。”

a-c，在单个层次复合ZJU-68染料微晶中，不同染料加载的晶体段的单模激光光谱。d，复合微晶中的各向异性三色单模激光。e，在单个分层混合微晶中的扫描激光性能。比例尺为10μm。图片来源：何华军，崔元京，李洪军，邵凯，陈邦林和钱国栋

他们补充说。“当然，宿主框架通道与染料分子之间的大小匹配也是最终成功进行分级组装的重要因素。因为在外延生长过程中，我们需要准备好的染料装载的晶体片段，以不泄漏先前的染料分子。”

研究人员总结说: “这些基于金属-有机框架材料的混合微晶体可以选择性地局部激发产生绿色、红色和近红外的单模线性偏振激光,这将在多模态生化传感/成像和芯片光子信息处理方面具有潜力。”