半導(dǎo)體納米線在超小型激光器中具有重要應(yīng)用潛力。然而受光學(xué)衍射極限的限制,光子模式納米線激光器尺寸的進一步降低已經(jīng)遇到瓶頸。表面等離子體激元能夠?qū)⒐鈭鱿拗圃趤啿ㄩL范圍內(nèi),進而突破衍射極限。將納米線與表面等離子體激元結(jié)合起來形成表面等離子體納米線激光器,是實現(xiàn)突破衍射極限的深亞波長激光器的一條可行途徑。本論文圍繞表面等離子體Ⅲ-Ⅴ族納米線激光器展開理論研究,取得的主要研究成果如下:（1）采用有限時域差分法,理論研究了表面等離子體GaAs納米線激光器的閾值增益特性。結(jié)果表明.:高階等離子體模式由于較弱的模式限制能力而具有低損耗傳播特性,較基模更容易實現(xiàn)激射。混合等離子體模式通過間隙層存儲電磁能量減輕了金屬對其傳播特性的影響,相比于高階等離子體模式更容易實現(xiàn)小直徑激射。（2）設(shè)計并仿真了一種基于AlGaAs/GaAs納米線徑向多量子阱結(jié)構(gòu)的納米激光器,對比研究了光子激光器和混合等離子體激光器的模場分布和閾值特性。結(jié)果表明,光子激光器在直徑較大時更容易實現(xiàn)激射;相反,混合等離子體激光器可以突破光學(xué)衍射極限從而在小直徑范圍內(nèi)實現(xiàn)低閾值激射,閾值增益最小可達788 cm-1,對應(yīng)直徑為130nm。混... 

【文章來源】：北京郵電大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－３?（ａ）?Ｏｔｔｏ結(jié)構(gòu)，（ｂ）?Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ結(jié)構(gòu)通過衰減全反射（ＡＴＲ）方法激發(fā)ＳＰＰ示意圖丨２２丨

大于臨界角，則發(fā)生全反射現(xiàn)象。若改變?nèi)肷潆姶挪ǖ慕嵌仁沟闷洳ㄊ冈诮饘匐??介質(zhì)界而上平行于界面的分量，并且與ＳＰＰ波的波矢相等，則會在該界面激發(fā)出??ＳＰＰ，如圖２－３（ａ）所�。耍颍澹簦螅悖瑁恚幔睿钍腔希簦簦锏囊环N改進，其按照金屬、棱鏡??的順序１：１上而下構(gòu)成，其中金屬層達到兒十納米即可，如圖２－３（ｂ）所示。其激發(fā)??方式和Ｏｔｔｏ類似，似扣較于Ｏｔｔｏ結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是將金屬薄膜直接鍍在棱??鏡的表面，不再留有間隙，有利于制備且得到更為廣泛的應(yīng)用。??（ａ）?ｙ＼?（ｂ）?八??ｓＡ?Ｌｉｇｈｔ?ｗａｖｅ??Ｏｐｔｉｃａｌ?ｐｒｉｓｍ?／?０?＼＼??——Ｏｐｔｉｃａｌ?ｐｒｉｓｍ?／??Ｄｉｇｃ?ｎｄ?ｓｐ?ｇ?Ｍｅｔａｌ?ｌａｙｅｒ??＿?匾．Ｉ］?Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｎｄ?＾??圖２－３?（ａ）?Ｏｔｔｏ結(jié)構(gòu)，（ｂ）?Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ結(jié)構(gòu)通過衰減全反射（ＡＴＲ）方法激發(fā)ＳＰＰ示意圖丨２２丨。??另一種激發(fā)ＳＰＰ的方式是利用光柵來實現(xiàn)入射光與ＳＰＰ之間的波矢匹配，??如圖２－４所示，可由公式（２－４４）解釋：??ｋ０?ｓｉｎ?６?＋?ｍｇ?＝?（２－４４）??其中０是入射角度，表示復(fù)傳播常數(shù)，ｍ是整數(shù)，ｇ＝２７ｒ／Ａ，?Ａ為光柵周期。??借助于光柵耦合的相位匹配方式是目前最為通用的激發(fā)形式

??介質(zhì)中的波導(dǎo)模式也是激發(fā)ＳＰＰ的方式之一，如圖２－５所示。模式沿著波導(dǎo)??軸向傳播，能量會同時滲透進入介質(zhì)和金屬薄膠屮。當(dāng)丨丨．儀介質(zhì)中的波導(dǎo)模式??與ＳＰＰ模式的傳播常數(shù)的實部一致時產(chǎn)生耦合作用，并在金屬外邊界激發(fā)出ＳＰＰ??模式。本論文中ＳＰＰ模式由納米線介質(zhì)內(nèi)的導(dǎo)模激發(fā)，并Ｍ導(dǎo)校在納米級間隙Ｍ??中耦合并產(chǎn)生最終用于傳播的混合ＳＰＰ模式，詳細物理機制見３．２節(jié)。??Ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ??＿?？??ＷａＴａ＾ｅｒｄ＇ｎ９?２ｄ〉??Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ?：?：??；?Ｌ?；??圖２－５波導(dǎo)耦合方式激犮ＳＰＰ示意圖ＰＩ。??２．３仿真環(huán)境介紹??Ｍａｘｗｅｌｌ方程組足－？組完整的定量描述宏觀電磁現(xiàn)象的基本方程組，根據(jù)需??要可以寫成積分和微分的形式。有限時域差分法（ＦＤＴＤ）是１９６６年Ｋ．?Ｓ．?Ｙｅｅ提??出的一種電磁計算方法，通過將微分形式的Ｍａｘｗｅｌｌ旋度方程差分離散化，使用??二階精度的中心差分近似代替原方程的微分形式，模擬出點子脈沖和理想道題作??用的時域響應(yīng)ＰｌｏＦＤＴＤ作為一種強有力的數(shù)值計算技術(shù)


本文編號：3355324