【摘要】：鹵化鉛鈣鈦礦(lead halide perovskite),是一種具有優(yōu)異的材料特性的新興光伏材料,例如光學(xué)吸收系數(shù)高,載流子傳輸長度長,載流子壽命長和缺陷態(tài)密度低等。目前,基于鹵化鉛鈣鈦礦的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已高達(dá)22.7%,有望超過基于晶體硅的太陽能電池。除了優(yōu)異的光伏特性,鈣鈦礦也是一類直接帶隙半導(dǎo)體,具有成本低廉、可溶液制備、熒光量子效率高以及輻射波長可調(diào)諧等特點,為實現(xiàn)電激勵的低成本半導(dǎo)體激光器帶來了曙光。在短短的幾年時間內(nèi),各式各樣的鈣鈦礦激光器不斷涌現(xiàn),從諧振腔類型、泵浦光源的波長和脈沖寬度,到制備工藝都各不相同。然而,目前對鈣鈦礦微腔激光器的研究還僅停留在對諧振腔的類型、鈣鈦礦的種類和泵浦波長的研究上,對于激光本身的性能以及實際應(yīng)用的研究仍處于起步階段。針對上述情況,本論文從激光器的基本特性,如模式數(shù)量、品質(zhì)因子(quality factor,Q值)、激光出射方向等,激光模式耦合以及實際應(yīng)用的角度出發(fā),進(jìn)一步提高鈣鈦礦激光的性能并拓展其應(yīng)用前景,為實現(xiàn)在常溫下連續(xù)光泵浦甚至是電激勵的鈣鈦礦激光提供一定的理論和技術(shù)支持。本論文提出了一種利用周圍環(huán)境調(diào)控微腔模場的新機(jī)制,為微腔中的模場調(diào)控開辟了廣闊的發(fā)展空間�；诨啄龅恼{(diào)控,在鈣鈦礦微米線中實現(xiàn)了單縱模高Q值的激光,并在硅光柵上實現(xiàn)了高密度、波長均一的鈣鈦礦納米激光陣列;探究了基于模式耦合的鈣鈦礦光子分子激光;通過引入直波導(dǎo),在鈣鈦礦微盤中實現(xiàn)了單向出射的激光。以上研究成果均為在常溫下連續(xù)光泵浦和電激勵的鈣鈦礦激光提供了一定的理論和技術(shù)支持。具體的研究內(nèi)容如下:(1)探究了基底對諧振腔中的諧振模式的影響。通過在鈣鈦礦微米線的一端引入泄漏損耗,抑制了沿軸向振蕩的法布里—珀羅(Fabry-Perot,FP)模式,從而在鈣鈦礦微米線中首次實現(xiàn)了基于橫截面內(nèi)的回音壁(whispering gallery,WG)模式的激光。通過降低散射損耗和輻射損耗,實現(xiàn)了高Q值的鈣鈦礦激光。通過改變泵浦位置和泵浦光斑大小,在同一根鈣鈦礦微米線中探究了橫截面內(nèi)的WG模式與軸向上的FP模式之間的模式競爭以及光開關(guān)現(xiàn)象。(2)探究了空間上周期分布的泄漏損耗對微腔中的諧振模式的影響。通過將鈣鈦礦微米線轉(zhuǎn)移到高折射率的硅光柵基底上,實現(xiàn)了制備簡單、集成密度高、波長均一的鈣鈦礦納米激光器陣列。(3)探究了鈣鈦礦微米線之間的模式耦合。通過將一根鈣鈦礦微米線折斷,并將折斷的兩部分鈣鈦礦相互靠近,在泵浦光作用下,實現(xiàn)了光子分子激光器。(4)探究了直波導(dǎo)對鈣鈦礦微盤中的出射方向的影響。通過改變合成條件,制備出直波導(dǎo)與微盤相連的鈣鈦礦樣品,首次實現(xiàn)了單向出射的鈣鈦礦激光。本文的研究工作不僅為電激勵的鈣鈦礦激光提供了一定的理論和技術(shù)支持,還為微腔中的模場調(diào)控開辟了新的發(fā)展空間。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN24;TB34
【圖文】：

圖 1-2 不同鹵素的鈣鈦礦薄膜的可調(diào)諧 ASE 光譜[43] Tunable ASE emission from perovskite films with different h接混合不同鹵素的溶液，該研究小組還制備了含有不在實驗上觀測到波長范圍在 390-790 nm 內(nèi)可調(diào)諧的E 的發(fā)光范圍覆蓋了整個可見光波段，填補(bǔ)了 III-V

b) 鈣鈦礦納米線的可調(diào)諧激光b) Tunable lasing emission in perovskite nanowires圖 1-4 MAPbX3（X=Cl, Br, I）鈣鈦礦納米線的激光出射[44]Fig.1-4 Lasing emission in MAPbX3(X=Cl, Br, I) perovskite nanow 年，南洋理工學(xué)院的一個研究小組通過兩步化學(xué)氣相沉不同鹵素的鈣鈦礦納米線，并報道了鈣鈦礦納米線在不同

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本文編號：2731152