2020年CAIA獎一等獎獲獎項目成果簡介：正倒置一體化顯微時間分辨光譜技術用于高性能有機微納激光研制
完成單位：中國科學院化學研究所
完成人：閆永麗，張闖，趙永生，姚建年
成果簡介：
精確表征微納尺度增益介質受激輻射過程是研制高性能有機微納激光的基礎，也是技術難點。基于本團隊發現的有機材料在微納尺度特有的激發態過程，我們發展了具有高時間、空間分辨的正倒置一體化顯微光譜測試技術，并搭建了測試系統，相關技術已獲得發明專利授權及著作權各3項。該系統激發與檢測光路空間分離的設計可以有效避免入射光及背景噪聲對成像與信號檢測的干擾，開發的顯微瞬態光譜技術能夠對局部區域的激發態過程進行精確表征。這些具有自主知識產權的表征技術已經通過國際質量體系認證并在部分單位推廣，廣受好評。利用該平臺，我們研究了有機微納結構材料激發態過程，闡明了限域體系中的粒子數翻轉機理與受激狀態下的光化學過程，深入認識了Frenkel激子與光子的強耦合特性，基于此解決了光子作為中性玻色子難以操縱的問題，開發了若干種高性能微納激光；在此基礎上，構建三基色激光陣列做面板實現了首例平板激光顯示。
創新點及科學價值：
建立了適宜微納材料激發態過程及光子學性質表征的新方法，解決了常規顯微光譜學表征不具備空間、時間分辨的難題，在國家重大科學儀器設備開發專項的支持下成功研制“納米光子學測試儀”，并順利通過中國科學院組織的初步驗收及科技部組織的綜合驗收，驗收會上得到了與會專家評委的高度評價。開發的測試方法及設備已經在用戶單位推廣，用戶反饋良好。在新技術和新方法的推動下，深入研究有機微納結構材料激發態過程與光子學性質間的關聯，發展了傳統的光化學理論，同時利用化學的思想和方法發展柔性光子學材料與器件。
社會經濟效益：
目前高端光學儀器市場被國外公司占領，國產光學儀器的跨越式發展的主要動力就是在表征技術上的進步與革新。我們開發的測試新技術具有高時間、空間分辨的特點，能夠用于微納尺度材料光子學性質的精確表征。上述都是現有商業產品仍在致力發展的關鍵技術和新功能，因此將我們的測試技術轉變成新一代的光學測試儀器，促進加工制造的標準化及市場推廣，將會在光學儀器市場上產生重要的經濟效益和廣泛的應用前景。
應用前景：
利用時間、空間分辨的顯微光譜測試新技術，我們系統分析了有機微納結構的激發態過程與光子學性質之間的關聯，利用激發態過程調控光子學性質，開發了一系列具有特定功能的光子學器件。在此基礎上我們首次提出了“有機打印光子學”和“有機印刷光子學”的思想，成功地借鑒并運用了制備柔性電路的技術經驗，大面積可控構筑具有特定光子學功能的微納結構陣列，解決了有機納米光子學邁向實用化功能器件的關鍵問題，可以與現有的硅光子學工藝得到的同類型器件相媲美。打印光子學在材料選擇和結構設計上巨大的潛力，為未來探索柔性光子學功能集成的可能性提供了更大的空間，從而引領新一代的信息技術革命。
