表面等離子體增強氧化鋅回音壁模微腔受激輻射的研究.pdf_第1頁
已閱讀1頁,還剩125頁未讀 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)

文檔簡介

1、氧化鋅(ZnO)納米材料作為第三代寬禁帶半導體,具有寬禁帶寬度和高的激子束縛能,分別為3.37eV和60 meV,是納米科技前沿的研究內(nèi)容,這一重要特性使其成為短波光電材料與器件的重要后備材料,也在低閾值、高品質(zhì)因子的紫外激光器實現(xiàn)上體現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。過去的十多年中,人們對這種半導體的紫外光電特性,尤其是激光特性給予了極大的關(guān)注。Science,Phys.Rev.Lett.,Adv.Mater.,Nano Lett.等頂尖刊物均對此作了

2、大量報道。ZnO紫外激光的產(chǎn)生可歸于三類振蕩方式:一是基于顆粒界面散射,隨機形成正反饋而得到的隨機激光;二是基于微米棒等結(jié)構(gòu)的端面反射形成F-P激光;三是基于微腔內(nèi)壁全反射形成的回音壁模(WGM)激光。ZnO微納米棒、管、碟等單晶結(jié)構(gòu)單元具有很好的光學品質(zhì)和較高的折射率,這保證了內(nèi)壁全反射光學增益回路的有效形成,從而大大降低了光學散射與透射帶來的損耗,能作為良好的回音壁模腔體。因此,WGM激光在微腔量子電動力學、光纖通訊、傳感等領(lǐng)域有著

3、重要的應用前景。已有很多相關(guān)報道顯示ZnO WGM激光具有優(yōu)良品質(zhì),并研究了其相應的物理過程和應用。如何提高激光的強度、減小微腔的光學損耗、降低激射閾值及品質(zhì)因子,是一個很有意義的研究課題。
  在上世紀80年代,局域表面等離子體共振(LSPR)首次應用于傳感技術(shù),自此表面等離激元獲得了迅猛發(fā)展。經(jīng)過二十年的發(fā)展,其研究內(nèi)容已經(jīng)涵蓋光波導、表面增強拉曼光譜、等離激元-激子耦合、納米開關(guān)、LSPR傳感器、表面等離激元激光器、光熱醫(yī)療

4、、突破衍射極限的超分辨成像、光學邏輯運算和指數(shù)負折射率材料等等。近年來,隨著微納加工技術(shù)、納米材料的制備技術(shù)、納米近場表征技術(shù)和有效的電磁場模擬工具的發(fā)展,與表面等離子體激元相關(guān)的局域光學效應受到廣泛重視、獲得了快速發(fā)展、成為光學和器件研究的興趣熱點。2009年,M.A.Noginov和R.F.Oulton等人各自在Nature上發(fā)表了關(guān)于Au納米顆粒和金屬膜體系中的金屬表面等離激元受激輻射放大現(xiàn)象,這引起了學者們的廣泛關(guān)注,掀開了表面

5、等離子體共振增強半導體材料受激輻射的研究熱潮。目前,研究表明金屬表面等離子體能顯著增強半導體材料的光學性能,金屬表面等離子體在增強ZnO微納米材料的光致發(fā)光發(fā)面取得了巨大的進展。已有不少研究表明,將ZnO薄膜、納米結(jié)構(gòu)等與金屬納米粒子或適當?shù)慕饘俦∧は嘟Y(jié)合,通過表面等離激元共振(SPR)效應,可大大增強ZnO本征的紫外發(fā)光。而利用表面等離子體共振效應增強ZnO受激輻射的相關(guān)研究工作相對較少,有待開展,是十分有意義的研究內(nèi)容。本論文旨在將

6、ZnO微納米結(jié)構(gòu)作為回音壁模微腔,利用不同金屬納米粒子的表面等離子體共振效應的優(yōu)異特性實現(xiàn)ZnO受激輻射的增強,提高ZnO微納米結(jié)構(gòu)WGM多模激光和單模性能,探討了Au、Ag、Pt三種金屬納米顆粒的LSPR效應對ZnO WGM微腔的不同的增強機理,為設計和實現(xiàn)高性能、高輸出功率的紫外激光器奠定基礎(chǔ)和提供技術(shù)支撐,為了解其中的物理機理提供深刻的科學認識和實驗依據(jù)。主要研究了以下四方面的內(nèi)容:
  一、我們構(gòu)建了ZnO微納米管與金納米

7、顆粒的復合微腔,借助金納米顆粒的LSPR效應同時實現(xiàn)了回音璧模激光的增強和ZnO缺陷發(fā)光的抑制,從而提高ZnO微納米材料的紫外發(fā)光強度。我們通過一系列優(yōu)化的濺射時間來調(diào)控金納米顆粒尺寸和分布,從而使得金的消光峰與氧化鋅缺陷峰達到最佳匹配程度,獲得了10倍的最佳增強效果,同時缺陷光受到明顯抑制。
  二、實驗中我們利用氣相傳輸法制備ZnO微米梳,根據(jù)微米梳中相鄰兩齒間距離漸變的特點,構(gòu)建了天然的耦合回音壁微腔,通過調(diào)控相鄰兩齒之間的

8、空氣隙大小,系統(tǒng)研究了其激光光譜行為和兩齒之間的耦合相互作用?;谟螛诵獙崿F(xiàn)了耦合微米齒的紫外激光從多模到單模的演化。我們的研究為激光模式調(diào)控和實現(xiàn)單模激光提供了一種行之有效的方法。
  三、我們在ZnO微米梳表面濺射不同時間的鉑納米顆粒,在最佳濺射時間為90s時,得到了17倍的紫外發(fā)射增強,進一步研究了ZnO微米梳中單根棒的WGM多模激光和耦合棒的單模激光,發(fā)現(xiàn)WGM多模激光和單模激光得到了7倍的增強,同時缺陷得到明顯抑制。這

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論