近日，我院微电子系张丹课题组在硅光放大与集成技术领域取得突破性进展，相关研究成果以“Optical Gain at 637 nm Wavelength in Polymer Waveguide Amplifier Under Commercial LED Pumping for Planar Photonic Integration“为题发表在国际光学领域顶级期刊Advanced Optical Materials上，并被选为当期封面文章；6月14日，Wiley中国官方公众号 Advanced Science News（ASN）对该研究成果进行了专题亮点报道。
光波导放大器作为补偿各类光损耗的重要光子器件，在硅光平面集成中应用广泛。有机发光分子掺杂的聚合物材料具有低成本、环境友好和器件化工艺简单等特点，适合用来制作光波导放大器，然而，用于受激辐射的单重态激子寿命短，容易系间窜跃（Intersystem crossing, ISC）至三重态，导致单重态激子猝灭，制约着这类材料在光放大领域的应用。张丹课题组针对这一问题，提出采用热激发延迟荧光（Thermally activated delayed fluorescence, TADF）分子AQ(PhDPA)2作为有源物质，利用该分子的反向系间窜跃过程( Reverse intersystem crossing, RISC)和在蓝紫光波段具有强吸收的特点，实现了低功率LED泵浦下的红光放大。
AQ(PhDPA)2分子具有给受体（Donor-Acceptor, D-A）结构，由于强的分子内和分子间电荷转移（Charge transfer, CT）效应，能够促进RISC和延迟荧光（Delayed fluorescence, DF）发射，大大提高了激子利用率和发光量子效率。张丹团队分别将 TADF分子AQ(PhDPA)2掺杂到甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和光刻胶SU-8材料中制备了光波导放大器，设计了适合材料的有源矩形、倏逝波型以及双有源复合型三种波导结构。仅靠一个放置在器件上方的LED泵浦，在AQ(PhDPA)2掺杂SU-8为芯层，AQ(PhDPA)2掺杂PMMA为包层的双有源复合型波导中，实现了7.8 dB/cm的红光（637nm）增益。
该项成果，首次将TADF分子材料的应用领域由第三代有机电致发光二极管（OLED）拓展到硅光集成中，颇有“子云相如，同工异曲“之妙！而且，TADF分子AQ(PhDPA)2掺杂的聚合物可以方便地旋涂在氮化硅（Si3N4）、硅（Si）、玻璃等不同类型的光子平台上来实现光损耗的补偿，具有普适兼容性。
另外，适合该材料的LED泵浦技术，打破了半导体激光器作为泵浦源的传统思想，降低了器件的商用化成本，对于推动聚合物光波导放大器在硅光互联与集成的产业化发展开辟了新方向。
太阳集团官方网站入口为该成果论文的第一完成单位，我院硕士研究生王策为第一作者，张丹副教授和武汉大学谢国华副教授为共同通讯作者。这项工作获得国家重点研发计划信息光子技术重点专项（2021YFB2800500）、国家自然科学基金(61875170，61107023)的资助。
该封面论文链接：https://doi.org/10.1002/adom.202200205
新闻报道链接： https://mp.weixin.qq.com/s/67VJawjGKimbwks9XPEcXw
（图文：张丹课题组）
