光子回路具有傳輸速度快，響應延遲短，并行運算能力強等優勢，能夠在信息處理方面有效地彌補現今集成電路的不足和局限。近年來，由于其多樣的光物理和光化學過程，有機光子學材料越來越受到人們的重視。化學所光化學院重點實驗室的研究人員長期致力于有機納米光子學材料與器件方面的研究，在有機微納諧振腔自下而上的可控組裝（Acc. Chem. Res. 2010, 43, 409-418；J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 62-65）以及具有特定光子學功能的器件設計（Acc. Chem. Res. 2014, 47, 3448-3458; Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 4325-4340.）等方面開展了系統的研究工作。
盡管有機材料展現出獨特的光子學行為，然而目前為止仍然缺乏一種可靠、普適的技術，使得人們可以像利用光刻技術加工硅基材料那樣，高精度地得到大面積的光學結構。這是有機光子學材料走向集成化過程中面臨的一個關鍵瓶頸問題。最近，化學所光化學實驗室與有機固體實驗室以及中國科技大學的科研人員合作，首次提出并實現了有機“打印光子學”功能器件和集成回路，成功地借鑒并運用了柔性打印電路的技術經驗，向有機納米光子學實用化集成邁出了關鍵一步。
研究人員利用溶劑液滴的表面張力和溶劑-基底界面的咖啡環效應，在利用打印液滴刻蝕聚合物薄膜形成陣列的同時，以液體邊緣為模板形成了完美的回音壁模式諧振腔結構。所得到的微環結構可以有效地將光束縛在其中形成光學諧振，其微腔品質因數高達4×105，可以與現有的硅光子學工藝得到的同類型器件相媲美（圖1）。更重要的是，有機材料的可加工性，柔韌性，響應性為打印光子學器件帶來更多的機遇。例如，微腔中可以摻雜染料分子，用來實現高光學增益的微型激光器（圖2）；利用有機分子材料對于外界刺激的響應，可以實現光子學行為的遠程控制。高品質微腔極大地降低了激光閾值以及光譜線寬，從而提高了器件的整體性能。在同一片基底上，可以設計并打印出尺寸可調的不同光學結構的組合，從而進一步實現光學濾波和慢光存儲等關鍵功能，為微納光子學集成提供了更豐富的手段和更大的發展空間。相關研究成果發表在Science的新子刊《科學進展》上（Organic printed photonics: from microring lasers to integrated circuits, Science Advances 2015, 1, e1500257）。
圖1 大面積有機打印光子芯片的設計、制備與結構表征
圖2 基于有機打印光子材料的微納激光與集成器件
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