湘潭大学谢鹤楼、李恒,国家纳米科学中心段鹏飞Angew:基于磷光液晶聚合物的圆偏振发光光波导用于增强光子信号处理和信息加密

文摘   2025-01-31 17:41   江西  

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原文链接:10.1002/anie.202423395

高效的圆偏振发光 (CPL) 光波导在推进光子和光电子器件方面具有巨大潜力。然而,开发具有低光损耗系数的 CPL 光波导材料 (OWMs) 仍然是一个巨大的挑战。

为了克服这个问题,湘潭大学谢鹤楼、李恒,国家纳米科学中心段鹏飞团队设计和合成了基于室温磷光液晶聚合物 (LCP) CPL OWM。实验结果表明,这些 LCP 表现出向列液晶相,磷光寿命约为 0.145 毫秒。通过引入手性掺杂剂,我们在 LCP 中诱导手性排列,然后通过光环加成进行交联,并通过溶剂浸泡去除手性掺杂剂。所得聚合物表现出稳定的耐溶剂性和高效的圆偏振磷光 (CPP) 特性,不对称因子 (gRTP) 0.16 0.17 范围内。值得注意的是,CPP 活性 OWM 表现出高效的圆偏振光子信号波导,光损耗系数约为 0.175 dB/mm。最终,这些 CPP 活性 OWM 成功应用于信息加密、解密和光交换,为先进的光子和光电器件铺平了道路相关研究成果发表于《Angew. Chem. Int. Ed.》上

图文解析

1. (a) 稳健 CPP 活性 OWM 的特性及手性固定过程的说明。(b) P1 1H NMR 光谱。(c) P1 P2@2.0%R5011 FT-IR 光谱。插图:在 THF 中浸没 10 分钟的聚合物照片,P1 (I) P2@2.0%R5011 (II)(d) 不同冷却和加热速率下 P1 DSC 曲线。所有样品均经过退火处理。(e) P1 P2@2.0%R5011 DSC 曲线。所有样品均经过退火处理。(f) P1 P2@2.0%R5011 1D WAXD 曲线。所有样品均经过退火处理。(g) P1(上)和 P2@2.0%R5011(下)的 POM 图像。

2. (a) 固体薄膜P1P2@2.0%R5011的吸收光谱。 (b) 室温下365 nm激发下P1P2@2.0%R5011的稳态光致发光光谱和延迟发射(延迟0.1 ms)。 (c) 紫外光照射ONOFFP1P2@2.0%R5011的余辉图像。不同温度下365 nm激发下P1d)和P2@2.0%R5011e)的延迟发射(延迟0.1 ms)光谱。不同温度下365 nm激发下P1f)和P2@2.0%R5011g)的磷光衰减曲线。

3. P1@xR5011 P1@xS5011 CPL 光谱 (a) glum (b)(c) P1@xR5011 的透射光谱。插图显示自然光下的相关图像。(d)-(i) P1@xR5011 POM 图案。

4. (a) P2@2.0%R5011(上)和 P2@2.0%S5011(下)的 POM 图案。(b) P2@2.0% R5011 P2@2.0%S5011 的透射和光致发光光谱。(c) P1@2.0%R5011 P2@2.0%R5011 CPL 光谱和 glum 值比较。(d) P1@2.0%S5011 P2@2.0%S5011 CPL 光谱和 glum 值比较。(e) P1@2.0%R5011 P1@2.0%S5011 CPP 发射光谱 (f) P2@2.0%R5011 P2@2.0%S5011 CPP 发射光谱。

5. (a) 测量导波后 CPP 特性的实验装置示意图,其中 P2@2.0%R5011 光纤尖端部分的发射被转换为±45° LPLP1@2.0% R5011 (b, c) P2@2.0%R5011 (e, f) 光纤在不同角度 (0°-360°)λ/4 WPF 角度 = + 45° (b, e) - 45° (c, f) 下的偏振磷光光谱。使用正弦函数拟合后,在 556 nm 处从 P1@2.0%R5011 (d) P2@2.0%R5011 (g) 光纤获得的±45° LPL 的偏振分布与θ的关系。

6. (a) 直形P2@2.0%R5011光纤在不同位置聚焦的365nm激光激发下的光致发光照片。在P1@2.0%R5011 (b)P2@2.0%R5011 (c)的尖端收集的磷光光谱,尖端和激光激发点之间的距离逐渐变化。插图:Itip/Ibody与从激发点到P1@2.0%R5011光纤(b)P2@2.0%R5011光纤(c)末端的距离的关系图。红色曲线是使用单指数衰减函数拟合的结果,给出了光损耗系数。 (d) P2@2.0%R5011光纤作为信息加密和解密应用的光波导。采用 P2@2.0%R5011 光纤作为光波导来控制 LED 状态的系统示意图 (e) 和照片 (fg)

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