基于TiO2納米粒子薄膜的低閾值隨機(jī)激光器的動(dòng)力學(xué)研究

杜江林，高炳榮，王海宇，陳岐岱

(吉林大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院 集成光電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春130012)

?

基于TiO2納米粒子薄膜的低閾值隨機(jī)激光器的動(dòng)力學(xué)研究

杜江林，高炳榮，王海宇*，陳岐岱

(吉林大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院 集成光電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長(zhǎng)春130012)

本文利用共軛聚合物(MEH-PPV)覆蓋TiO2納米粒子薄膜制作隨機(jī)激光器。隨機(jī)TiO2納米粒子薄膜的激光輻射閾值比平面MEH-PPV薄膜的放大自發(fā)輻射閾值縮小了9倍。這是由于TiO2納米粒子誘導(dǎo)的多重散射造成的。進(jìn)一步的飛秒熒光上轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)表明，隨機(jī)激光器中，光在增益介質(zhì)里的停留時(shí)間有所增加，這直接證實(shí)了光在隨機(jī)激光器結(jié)構(gòu)中的多重散射引起光的傳播路徑增加。因此，這會(huì)促進(jìn)更多的光發(fā)生輻射，從而降低隨機(jī)激光器的閾值。

隨機(jī)激光器；TiO2納米粒子；共軛聚合物；飛秒熒光上轉(zhuǎn)換

1　引　言

近年來，隨機(jī)激光器作為小型有源元件在光子器件應(yīng)用領(lǐng)域中備受人們的關(guān)注[1-4]。隨機(jī)激光器不同于其它類型的傳統(tǒng)激光器，它的諧振腔不是通過光學(xué)鏡面形成的，而是利用多重散射來實(shí)現(xiàn)。隨機(jī)激光器得以工作的兩個(gè)重要因素是高增益介質(zhì)和有效的光散射中心，后者將光限制到增益介質(zhì)中，從而產(chǎn)生更多的有效增益[5-8]。隨機(jī)激光器可以由很多種材料和結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，如半導(dǎo)體粉末或薄膜[9-10]、摻入散射納米粒子的染料溶液[2,11]、光子晶體[12]以及各種形式的共軛聚合物[5,13-14]。其中，納米粒子和共軛聚合物更受人們的關(guān)注。在納米粒子形成多重散射體系的隨機(jī)激光器中，不同模式的光都會(huì)經(jīng)過多重散射的增強(qiáng)而形成輸出，為了控制其輸出的模式，通過改變納米粒子半徑可以控制多重散射對(duì)不同模式的光的增強(qiáng)效果，從而可以調(diào)控輸出激光的模式[15-16]。而共軛聚合物作為新型激光增益介質(zhì)擁有獨(dú)特的四能級(jí)系統(tǒng)電子結(jié)構(gòu)，使得振動(dòng)和結(jié)構(gòu)弛豫過程將吸收帶和發(fā)射帶分離。另外，其較寬的發(fā)射光譜和高發(fā)光效率使得聚合物激光器可以在很大光譜范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)諧，并產(chǎn)生短激光脈沖[17-18]。但是，目前多數(shù)聚合物激光器具有很高的激光輻射閾值，其閾值甚至高于電泵浦所能達(dá)到的范圍。所以，為了減少閾值，了解并提高聚合物激光器的光學(xué)設(shè)計(jì)十分重要。增加光強(qiáng)度的一個(gè)最廣泛的方法就是利用高折射率的隨機(jī)結(jié)構(gòu)將光限制到增益介質(zhì)中。TiO2因其高折射率常常被用作隨機(jī)激光器材料的一部分來促進(jìn)多重散射[19]。但是基于TiO2納米粒子薄膜的隨機(jī)激光器并沒有相關(guān)的報(bào)道。

飛秒熒光上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是由Mahr和Hirsch首先提出[20]，利用超快短脈沖來探測(cè)材料或器件皮秒量級(jí)的熒光壽命，其分辨率可以達(dá)到幾十到幾百分秒，被廣泛地應(yīng)用到物質(zhì)的熒光動(dòng)力學(xué)研究中[21-22]。通過分析材料的熒光動(dòng)力學(xué)，可以更深入地從快過程中探究體系的特性原理。本文首先提出在TiO2納米粒子薄膜上覆蓋共軛聚合物來制作隨機(jī)激光器，利用TiO2納米粒子對(duì)光產(chǎn)生多重散射，使其在共軛聚合物增益介質(zhì)中獲得大的增益形成激光。之后通過對(duì)比，對(duì)器件進(jìn)行了飛秒熒光上轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步來探究這種隨機(jī)激光器中低閾值特性形成的機(jī)理。結(jié)果表明隨機(jī)激光器器件增加了光在增益介質(zhì)中的停留時(shí)間，這直接說明了光在隨機(jī)結(jié)構(gòu)中的多重散射效應(yīng)增加了光的傳播路徑。因此，光增益的增加產(chǎn)生了更多的光發(fā)射，降低了隨機(jī)激光器的閾值。

2　樣品制備

如圖1(a)所示，選取聚[2-甲氧基-5-(2′-乙基乙氧基)-1,4-對(duì)亞苯基亞乙烯基](MEH-PPV)作為增益介質(zhì)材料，首先在氟參雜的SnO2(FTO)襯底上覆蓋尺寸為20nm左右的TiO2納米粒子薄膜[23],然后將MEH-PPV聚合物薄層覆蓋到上面。圖1(b)是樣品的原子力顯微鏡(AFM)圖像，展示了TiO2納米粒子薄膜的隨機(jī)分布結(jié)構(gòu)。這層薄膜的平均粗糙度約為30nm。共軛聚合物增益介質(zhì)層的制作是將MEH-PPV以10mg/mL的濃度溶解在氯仿中，然后將MEH-PPV溶液旋涂在納米粒子薄膜上，最后用兩層玻璃載玻片對(duì)樣品進(jìn)行封裝以防止器件被空氣中的水和氧氣氧化。對(duì)照組中平面MEH-PPV樣品是以同樣的方式將MEH-PPV溶液旋涂在平整的FTO襯底上。實(shí)驗(yàn)過程中，為了避免氧化，旋涂和封裝過程在含氧量低于0.1ppm的氮?dú)馐痔紫渲羞M(jìn)行。

圖1　(a)隨機(jī)激光器結(jié)構(gòu)圖；(b)TiO2納米粒子薄膜原子力顯微鏡圖像 Fig.1　(a)Schematic of the fabricated random laser; (b)AFM image of TiO2 nanoparticle film

3　性能表征

3.1發(fā)射光譜

圖2　在不同泵浦光強(qiáng)度下的發(fā)射光譜 Fig.2　Measured spectra of the output emission at different pump intensities of MEH-PPV on (a)FTO and (b)TiO2 nanoparticle film

隨機(jī)激光器器件在波長(zhǎng)為400nm的飛秒量級(jí)泵浦光下激發(fā)產(chǎn)生激射，逐漸增加泵浦光強(qiáng)度，利用分辨率為0.6nm的AvaSpec-2048光纖光譜儀收集記錄發(fā)射光譜。泵浦光的能量由光路中的衰減片來調(diào)制。泵浦光光點(diǎn)半徑尺寸大約為1mm。從圖2(a)中可以看出，在低泵浦光強(qiáng)度下，對(duì)照平面組樣品的發(fā)射光譜很寬，并且沒有明顯的特征尖峰。在泵浦光強(qiáng)度為6.4mJ/cm2下，它的半波寬為84nm。然而，當(dāng)泵浦光強(qiáng)度增加到9mJ/cm2以上時(shí)，發(fā)射峰的強(qiáng)度迅速增加，同時(shí)半波寬也縮短到15nm。在圖2(b)中，MEH-PPV旋涂在TiO2納米粒子薄膜上的器件樣品，在相對(duì)較低的泵浦光強(qiáng)度下就開始形成了很窄的發(fā)射光譜。在1.1mJ/cm2的泵浦光強(qiáng)度下，發(fā)射光譜的半波寬是12nm。

圖3(a)描繪了發(fā)射光譜強(qiáng)度隨著泵浦光強(qiáng)度的變化。從圖中可以看出，基于隨機(jī)TiO2納米粒子薄膜激光器的閾值在1mJ/cm2左右，這與平面MEH-PPV薄膜樣品的放大自發(fā)輻射閾值(約9mJ/cm2)相比縮小了9倍。結(jié)合圖3(b)中半波寬的變化規(guī)律，隨機(jī)TiO2納米粒子薄膜激光器的發(fā)射激光半波寬為10nm，比平面MEH-PPV薄膜激光器的放大自發(fā)輻射的15nm半波寬要窄。這表明了光在隨機(jī)激光器器件中被更好的限制和局域化。

圖3　發(fā)射光強(qiáng)度和隨泵浦光強(qiáng)度的變化 Fig.3　Output intensity and FWHM as a function of the pump intensities

3.2飛秒熒光上轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)

為了進(jìn)一步證實(shí)這種隨機(jī)激光器低閾值現(xiàn)象的機(jī)理，我們利用飛秒熒光上轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)來研究?jī)煞N樣品的熒光動(dòng)力學(xué)。本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的熒光上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在很多工作中均有詳細(xì)的介紹[24-25],此技術(shù)利用非相干熒光的和一束超快門控光在非線性晶體上時(shí)空都重合時(shí)能夠產(chǎn)生和頻信號(hào)這一原理。通過改變產(chǎn)生熒光的激發(fā)光和門控光之間的時(shí)間延遲可以探測(cè)隨時(shí)間變化的和頻信號(hào)，由于門控光強(qiáng)度不變，所以和頻信號(hào)的強(qiáng)度正比于熒光信號(hào)的強(qiáng)度，從而得到熒光的衰減動(dòng)力學(xué)。

圖4　610 nm出射光的動(dòng)力學(xué)隨不同激發(fā)光強(qiáng)度的變化 Fig.4　Emission dynamics of 610 nm under varies excitation intensities of MEH-PPV on (a)TiO2 nanoparticle film and (b)flat FTO

波長(zhǎng)為400nm的二次諧波聚焦成半徑為1mm的光點(diǎn)來激發(fā)樣品。設(shè)備的響應(yīng)函數(shù)半波寬約為400fs。圖4中展示了不同激發(fā)光強(qiáng)度下的610nm處的熒光動(dòng)力學(xué)。兩種樣品中，發(fā)射光的衰減時(shí)間均隨著泵浦光強(qiáng)度的增加而減少。而相同的泵浦光強(qiáng)度下(如6.4mJ/cm2)，TiO2納米粒子-MEH-PPV樣品的壽命明顯快于平面MEH-PPV樣品。短時(shí)間的上升過程的變化在圖5中有更清楚的展現(xiàn)。隨著泵浦光強(qiáng)度的增加，兩種樣品的上升過程逐漸變慢，可以看出，兩種樣品的上升由兩個(gè)過程構(gòu)成，在低泵浦光下(TiO2納米粒子-MEH-PPV樣品中0.16mJ/cm2，平面MEH-PPV樣品中0.64mJ/cm2)，快過程占主導(dǎo)地位，而分別到了0.32mJ/cm2和1.6mJ/cm2的泵浦光強(qiáng)度下，快過程基本消失，慢過程占據(jù)主導(dǎo)。而在對(duì)應(yīng)泵浦光強(qiáng)度下，TiO2納米粒子-MEH-PPV樣品的上升時(shí)間約為10ps，比平面MEH-PPV樣品的3ps上升時(shí)間要長(zhǎng)很多。

圖5　610 nm出射光的動(dòng)力學(xué)隨不同激發(fā)光強(qiáng)度在短時(shí)間范圍內(nèi)的快過程變化 Fig.5　Emission dynamics of 610 nm under low excitation intensities of MEH-PPV on (a) TiO2 nanoparticle film and (b) flat FTO in short time window

4　結(jié)果與討論

首先，在穩(wěn)態(tài)熒光發(fā)射光譜的試驗(yàn)中，兩種樣品均在一定強(qiáng)度的激發(fā)光下發(fā)生光譜窄化。但是在TiO2-MEH-PPV樣品中，光譜窄化的閾值約為平面MEH-PPV樣品的閾值小了9倍左右。通常情況下，在純共軛聚合物薄膜中的光譜窄化，并且峰值在610nm處，主要是由于放大自發(fā)輻射效應(yīng)造成的。自發(fā)輻射形成的光子被導(dǎo)入增益介質(zhì)中，在其中的受激發(fā)射作用下形成更多的光子，從而放大了發(fā)射光強(qiáng)度，形成放大自發(fā)輻射[15]。而在TiO2納米粒子-MEH-PPV樣品中，由于TiO2的隨機(jī)納米分布結(jié)構(gòu)和高折射率，經(jīng)過多重散射的光能夠再次返回到納米粒子上。所以TiO2納米粒子除了形成光波導(dǎo)，還誘導(dǎo)出了閉環(huán)激光。因此，限制在增益介質(zhì)中的光在隨機(jī)結(jié)構(gòu)中傳播更長(zhǎng)的路徑，進(jìn)而增強(qiáng)了傳播過程中光獲得的增益，從而降低了閾值，更容易實(shí)現(xiàn)激光的出射。

而在瞬態(tài)熒光上轉(zhuǎn)換試驗(yàn)中，兩種樣品的熒光壽命均有所不同。在低泵浦光強(qiáng)度下，發(fā)射光的衰減主要由兩個(gè)過程組成：一個(gè)是自發(fā)輻射或激光輻射的快過程；另一個(gè)是對(duì)應(yīng)普通熒光發(fā)射的慢過程。相應(yīng)的發(fā)射光的上升也由兩個(gè)過程組成：一個(gè)是對(duì)應(yīng)普通熒光發(fā)射的快過程；另一個(gè)是形成自發(fā)輻射或激光輻射的慢過程。在泵浦光達(dá)到一定強(qiáng)度下，TiO2納米粒子-MEH-PPV樣品在0.32mJ/cm2激發(fā)下，形成激光輻射的慢過程主導(dǎo)了上升過程，而平面MEH-PPV樣品在1.6mJ/cm2激發(fā)下，形成自發(fā)放大輻射的慢過程主導(dǎo)了上升過程。從兩個(gè)樣品的上升過程來看，相比于平面樣品中的自發(fā)放大輻射過程，隨機(jī)激光器樣品激光輻射過程更容易在低泵浦光強(qiáng)度下形成。而更長(zhǎng)的上升時(shí)間說明了光被限制在增益介質(zhì)中的時(shí)間更長(zhǎng)。在隨機(jī)激光器器件中，由于TiO2納米粒子的存在，使得經(jīng)過散射的光能夠再次返回到納米粒子上，這種隨機(jī)多重散射形成一種光學(xué)腔效應(yīng)，延長(zhǎng)了光經(jīng)過增益介質(zhì)的時(shí)間與路程。從而，增益介質(zhì)中的光放大被進(jìn)一步增強(qiáng)，使得激光的形成變得更加容易，即降低了閾值。若繼續(xù)增加泵浦光強(qiáng)度，激光的上升時(shí)間縮短，發(fā)射光脈沖寬度變窄，這與之前的報(bào)道一致[25]。這也表明了共軛聚合物的寬光譜特性可以用來產(chǎn)生短脈沖激光。

5　結(jié)　論

制作了共軛聚合物覆蓋TiO2納米粒子薄膜結(jié)構(gòu)的隨機(jī)激光器。基于隨機(jī)TiO2納米粒子薄膜的激光閾值為1mJ/cm2，與平面MEH-PPV薄膜的放大自發(fā)輻射閾值相比縮小了9倍。同時(shí)，發(fā)射譜線寬變窄，從半波寬15nm減少到10nm。這表明TiO2納米粒子結(jié)構(gòu)對(duì)光形成多重散射，使光在增益介質(zhì)中傳播了更長(zhǎng)的路徑，獲得更多的增益而更容易達(dá)到閾值形成激光。另外，利用飛秒熒光上轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究了隨機(jī)激光器的低閾值機(jī)理。普通的熒光發(fā)射組分在上升過程中基本消失時(shí)，MEH-PPV覆蓋TiO2納米粒子薄膜激光器的激光發(fā)射積累時(shí)間約為10ps，比平面樣品的放大自發(fā)輻射過程的積累時(shí)間長(zhǎng)得多。光在增益介質(zhì)中的停留時(shí)間增加，說明隨機(jī)結(jié)構(gòu)形成了有效的光學(xué)腔。隨機(jī)激光器器件中，光被更好的限制在增益介質(zhì)中，并且傳播更長(zhǎng)的路徑以獲得更多的增益，從而降低了閾值。可見，飛秒熒光上轉(zhuǎn)換技術(shù)在研究隨機(jī)激光器基本物理規(guī)律中具有強(qiáng)大的作用，為高光增益隨機(jī)激光器的設(shè)計(jì)指明方向。此外，TiO2納米粒子薄膜具有低閾值特性，以及良好導(dǎo)電特性，在電泵浦激光器領(lǐng)域有更大的應(yīng)用潛力，進(jìn)一步促進(jìn)電泵浦激光的實(shí)現(xiàn)。

[1]DENGCM,HEQG,HEC,et al..Conjugatedpolymer-titaniananoparticlehybridfilms:randomlasingactionandultrasensitivedetectionofexplosivevapors[J]. J. Phys. Chem. B,2010,114:4725.

[2]LAWANDYNM,BALACHANDRANRM,GOMESASL,et al..Laseractioninstronglyscatteringmedia[J]. Nature,1994,368:436.

[3]WIERSMAD.Thesmallestrandomlaser[J]. Nature,2000,406:132.

[4]李志全,趙晶晶,孟曉云,等.基于波導(dǎo)、金和氧化鋅的隨機(jī)激光器的研究[J].發(fā)光學(xué)報(bào),2015,36(5):557-562.

LIZHQ,ZHAOJJ,MENGXY,et al..Researchofrandomlaserbasedonwaveguide,AuandZnO[J]. Chinese J. Luminescence,2015,36(5):557-562.(inChinese)

[5]TULEKA,POLSONRC,VARDENYZV.Naturallyoccurringresonatorsinrandomlasingofπ-conjugatedpolymerfilms[J]. Nat. Phys.,2010,6:303.

[6]WIERSMADS.Thephysicsandapplicationsofrandomlasers[J]. Nat. Phys.,2008,4:359.

[7]CAOH.Randomlasersdevelopment,featuresandapplications[J]. Opt. Photon. News,2005,16:24.

[8]ZHAITR,ZHANGXP,PANGZG,et al..Randomlaserbasedonwaveguidedplasmonicgainchannels[J]. Nano Lett.,2011,11:4295.

[9]CAOH,XUJY,SEELIGEW,et al..Microlasersmadeofdisorderedmedia[J]. Appl. Phys. Lett.,2000,76:2997.

[10]SUNT,QIUZR,SUHM,ZHANGXD,et al..DynamicsofrandomlaserandcoherentbackscatteringoflightfromZnOamplifyingrandommedium[J]. Appl. Phys. Lett.,2007,91:241110.

[11]GARCA-REVILLAS,FERNNDEZJ,ILLARRAMENDIMA,et al..Ultrafastrandomlaseremissioninadye-dopedsilicagelpowder[J]. Opt. Express,2008,16:12251.

[12]POLSONRC,CHIPOULINEA,VARDENYZV.Randomlasinginp-conjugatedfilmsandinfiltratedopals[J]. Adv. Mater.,2001,13:760.

[13]ANNIM.Aflexibleorganicrandomlaserbasedonpoly(9,9-dioctylfluorene)depositedonasurfacecorrugatedpoly-phthalate-carbonatesubstrate[J]. Appl. Phys. Lett.,2011,98:253304.

[14]FROLOVSV,VARDENYZV,YOSHINOK,et al..Stimulatedemissioninhigh-gainorganicmedia[J]. Phys. Rev. B,1999,59:R5284.

[15]LIZQ,DUYY,SUNYC,et al..Lasingemissionofwaveguiderandomscatteringsystem[J]. Chin. J. Lumin.,2013,34:617.

[16]LIZQ,DUYY,SUNYC,et al..Researchofrandomlaserbasedonwaveguide,AuandZnO[J]. Chin. J. Lumin.,2015,36:557.

[17]MCGEHEEMD,HEEGERAJ.Semiconducting(Conjugated)polymersasmaterialsforsolid-statelasers[J]. Adv. Mater.,2000,12:1655.

[18]SAMUELIDW,TURNBULLGA.Organicsemiconductorlasers[J]. Chem. Rev.,2007,107:127.

[19]BALACHANDRANRM,LAWANDYNM,MOONJA.Theoryoflaseractioninscatteringgainmedia[J]. Opt. Lett.,1997,22:319.

[20]HIRSCHMD,MARCUSMA,LEWISA,et al..Amethodformeasuringpicosecondphenomenainphotolabilespecies:theemissionlifetimeofbacteriorhodopsin[J]. Biophysical Journal,1976,16:1399.

[21]QIAOZW,WANGHY,WANGL.UltrafastspectroscopystudyonT4organicdye-sensitizedfilms[J]. Chin. J. Lumin.,2014,35:791.

[22]LIZS,YUEYY,ZHANGYX,et al..Theelectrontransfermechanismofbutylamine-cappedCdSequantumdotsensitizednanocrystallineTiO2films[J]. Chinese Optics,2015,8:428.

[23]WANGH,WANGHY,GAOBR,et al.Excitondiffusionandchargetransferdynamicsinnanophase-separatedP3HT/PCBMblendfilms[J]. Nanoscale,2011,3:2280.

[24]GAOBR,WANGHY,HAOYW,et al..Time-resolvedfluorescencestudyofaggregation-inducedemissionenhancementbyrestrictionofintramolecularchargetransferstate[J]. J. Phys. Chem. B,2010,114:128.

[25]GOOSSENSM,RUSECKASA,TURNBULLGA,et al..Subpicosecondpulsesfromagain-switchedpolymerdistributedfeedback[J]. Appl. Phys. Lett.,2004,85:31.

Dynamicsoflow-thresholdrandomlaserbasedonTiO2nanoparticlefilms

DUJiang-lin,GAOBing-rong,WANGHai-yu*,CHENQi-dai

(State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics,College of Electronic Science and Engineering,Jilin University,Changchun 130012,China)

， E-mail：haiyu_wang@jlu.edu.cn

Wehavepreparedrandomlaserswithconjugatedpolymer(MEH-PPV)coatedonTiO2nanoparticlefilms.ThethresholdofthelasingbasedonrandomTiO2nanoparticlefilmissignificantlyreducedbyafactorof9incomparisonwiththeamplifiedspontaneousemission(ASE)thresholdoftheflatMEH-PPVfilm,whichiscausedbymultiplescatteringinducedbyTiO2nanoparticles.Furtherinvestigationbyfemtosecondfluorescenceup-conversionexperimentrevealsthatthedwelltimeoflightinsidethegainmediumisincreasedintherandomlaserdevice,whichdirectlyconfirmsthatlighttravelslongerpathduetothemultiplescatteringintherandomstructure.Soitstimulatestheemissionofmorelightandthethresholdoftherandomlaserislowered.

randomlasers;TiO2nanoparticle;conjugatedpolymer;femtosecondfluorescenceup-conversion

2015-12-11；

2016-01-12

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)資助項(xiàng)目(No.2014CB921302)；國(guó)家自然基金資助項(xiàng)目(No.21473077，No21273096)；教育部博士點(diǎn)基金資助項(xiàng)目(No.20130061110048)

2095-1531(2016)02-0249-06

TN

Adoi:10.3788/CO.20160902.0249

杜江林(1990—)，男，吉林長(zhǎng)春人，碩士研究生，主要從事納米結(jié)構(gòu)發(fā)光特性與碳納米材料發(fā)光機(jī)理方面的研究。E-mail:ado1990x@sina.com

王海宇(1967—)，男，吉林長(zhǎng)春人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事超快激光光譜學(xué)方面的研究。E-mail:haiyu_wang@jlu.edu.cn

SupportedbyNationalProgramonKeyBasicResearchProjectsofChina(No.2014CB921302)，SupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.21473077，No21273096)，DoctoralScientificFundProjectoftheMinistryofEducationofChina(No.20130061110048)