【摘要】：半導(dǎo)體納米線激光器在片上光通信和光互連中有重要應(yīng)用前景。受光學(xué)衍射極限的限制,納米線激光器尺寸的進(jìn)一步降低已經(jīng)遇到瓶頸。光子晶體微腔能夠阻止模式泄露,使光場限制在腔內(nèi)。將納米線與光子晶體微腔結(jié)合起來,是進(jìn)一步縮小納米線激光器尺寸、降低激射閾值的一種可行途徑。本文基于光子晶體微腔的Ⅲ-Ⅴ族納米線激光器展開研究,取得的主要研究成果如下:(1)采用時(shí)域有限差分法,理論研究了單根In0.53Ga0.47As納米線激光器的模式特性、有效折射率、限制因子與閾值增益。隨著納米線直徑增大,HE11和TE01模式依次出現(xiàn)。閾值增益曲線表明:納米線激光器閾值隨半徑增大降低,且當(dāng)納米線半徑小于250nm時(shí),HE11模式閾值低于TEQ1模式;當(dāng)半徑大于250nm時(shí),TE01模式的閾值更低,且在半徑300nm時(shí)達(dá)到最小值,表明TEQ1模式更容易實(shí)現(xiàn)激射。(2)利用時(shí)域有限差分法設(shè)計(jì)了一種W1型光子晶體微腔,晶格常數(shù)a=466.8nm,空氣柱R=0.32a=149.4nm,厚度 z=1000nm,空氣溝槽寬度d=3 00nm。仿真結(jié)果表明該光子晶體可以實(shí)現(xiàn)對1550nm光的有效限制。(3)設(shè)計(jì)了一種基于光子晶體微腔的In0.53Ga0.47As納米線激光器,對比研究了有、無光子晶體微腔納米線激光器的模場分布和閾值增益。結(jié)果表明,在無光子晶體微腔時(shí),隨著納米線直徑減小,對光場的限制能力減弱、閾值增益提高,當(dāng)半徑小于140nm時(shí)無法激射;由于光子晶體微腔對模式的較強(qiáng)限制作用,基于光子晶體微腔的In0.53Ga0.47As納米線激光器激射截止半徑降至70 nm。
【圖文】：

第一章緒論、可見光納米線激光器和近紅外納米線激光器。逡逑（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）納米線激光器逡逑段的激光器在交互領(lǐng)域，光的存儲領(lǐng)域，醫(yī)療領(lǐng)域需求及ＺｎＯ受到了研究者的關(guān)注。逡逑料是一種ＩＩＩ－ＶＩ族半導(dǎo)體材料，已經(jīng)有大量的文獻(xiàn)基。ＺｎＯ材料具有無毒無害的特點(diǎn)，另外易于制備。在此帶隙性能，能夠在常溫條件下有效的激射。前文所提及Ｈｕａｎｇ等人在２００１研制了第一個(gè)基于ＺｎＯ納米段是３８５ｎｍ附近，具有小于ｌｎｍ的線寬。如圖１－２所線陣列不僅側(cè)面憑證，排列規(guī)律，具有良好的單晶性。人制備了了邋ＺｎＯ納米線陣列［２９１能夠產(chǎn)生室溫下激光的排列的單列ＺｎＯ納米線中也能夠存在室溫下的激射［４１］。逡逑

從物理因素上會降低端面反射率，從何會導(dǎo)致近紅外納米線激光器的逡逑閾值增大。于２００６年，Ｌｏｕｉｓｖｉｌｌｅ的Ｃｈｉｎ采用頻率為飛秒的激光作為泵浦源，逡逑在（ＧａＳｂ）納米線上，觀察到了近紅外波段的激射［３６］。如圖１－４，在頻率為飛逡逑秒的光泵浦下，銻化鎵納米線的光譜的半高寬隨著泵浦功率的增大逐漸減小，當(dāng)逡逑功率到達(dá)一定程度，此時(shí)納米線出射的激光波長約為１５５３邋ｎｍ。日本Ｈｏｋｋａｉｄｏ的逡逑Ｈｕａ的研宄組在２００７年研究了砷化鎵（ＧａＡｓ）納米線中法布里珀羅模式的激逡逑光出射［５３】，，處于近紅外波段。逡逑？－邐Ａｂｏｖｅ邋ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ逡逑■■■邋Ｂｅｌｃｓｖ邋ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ逡逑３逡逑之曬逡逑０￥逡逑ｃ逡逑ＣＪ邋－逡逑ｃ逡逑」逡逑Ｑ．－逡逑１邐１邋ｔ邋ｂ邋Ｉ邋＊邋Ｉ邋１逡逑１５２０邐１５４０邐１５６０邐１５８０逡逑Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋（ｎｍ）逡逑圖１－４砷化鎵納米線的光致發(fā)光光譜［５３］逡逑６逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN248;O734

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