鈣鈦礦材料是具有類似CaTiO₃晶體結構的化合物。作為一種功能性能源材料,由于其寬帶的光吸收,大的振子強度和出色的電荷傳輸能力在光伏產品中表現(xiàn)出出色的性能,并且已經在高效太陽能電池,多參量光發(fā)射器,微型多色激光器等領域得到廣泛的應用。但將鈣鈦礦材料運用到超快信息存儲領域卻少有人研究。本論文研究全無機鈣鈦礦微納結構的受激輻射和腔增強超熒光效應,以及上述效應所展現(xiàn)出的超快熒光性質。并基于鈣鈦礦微型激光器實現(xiàn)了高帶寬光學編碼,使鈣鈦礦在光信息技術領域得到全新的應用。首先,基于鈣鈦礦微米/亞微米球狀結構的光學微腔實現(xiàn)了高質量的單模激光輸出。其中受激輻射機制能加快粒子輻射躍遷速率,但這種超快的熒光輻射性質通常只被當做激光輻射的一個重要特征進行表征,本論文提出利用此特性發(fā)展超快光學編碼的應用方案。論文研究了熒光輻射過程的壽命,偏振的超快響應能力和利用雙光子非線性吸收實現(xiàn)的發(fā)光時間線形調控能力。結合這些超快的熒光性質,利用其輻射核心的不同狀態(tài)（即自發(fā)狀態(tài)和受激狀態(tài)）實現(xiàn)多參量超快光學編碼。這種兼具光源和光學編碼功能的微結構具有以下優(yōu)越性能:1)基于鈣鈦礦核心的太赫茲編碼在小型化... 

【文章來源】：華東師范大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：110 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

鈣鈦礦晶體結構示意圖

華東師范大學大學博士學位論文5除了受激輻射能加快粒子的輻射速率，超熒光也是加快粒子輻射速率的手段之一。然而超熒光需要高密度的耦合粒子，在固體體系中實現(xiàn)難度大。本文不僅在固體體系中實現(xiàn)了超熒光，而且還結合了光學微腔的特點，設計了量子點超晶格微腔樣品。我們第一次在實驗上證明了此種樣品的受激放大過程不受粒子數(shù)反轉條件的限制，樣品里面激子的耗散時間可以近似看做腔增強超熒光的弛豫時間，都在皮秒量級。這些超快的熒光光學性質可以運用到太赫茲編碼領域，其可調帶寬高達0.1THz。以上通過控制輻射源本身的輻射狀態(tài)進行編碼，區(qū)別于后期調控輸出光場的被動編碼方式。本文將光源發(fā)光和編碼操作結合，發(fā)展出無源調制編碼不具備的獨有功能，并給出了節(jié)省編碼能耗的可行方案。1.3實現(xiàn)效果與特色圖1.2基于鈣鈦礦微納結構的編碼演示本論文在概念上提出并在實驗上實現(xiàn)了基于單個鈣鈦礦球狀結構微腔或量子點超晶格微腔的超快光學編碼，其可調帶寬高達0.1THz。從而將鈣鈦礦材料的應用疆界拓展到超快信息處理領域，如圖1.2所示。這種基于光學微腔激射效應或腔增強超熒光效應的超快編碼方案，可作為一種范式應用到其他新型發(fā)光材料和多種形貌的微納結構體系，為開發(fā)超快光通信編碼器件和微區(qū)集成的高帶寬光芯片奠定基矗

華東師范大學大學博士學位論文9第二章物理模型及基礎概念2.1激子通常來講，電子和空穴在庫侖力相互作用下能形成一個空間上的束縛態(tài)，我們把這樣一個電子空穴對的復合體稱之為激子。在半導體中，如果一個電子從價帶被激發(fā)到導帶上時，會在價帶內產生一個空穴，同時在導帶上產生一個電子，這樣就可以形成一個電子空穴對。由于空穴帶的是正電荷，電子帶的是負電荷，所以它們之間的庫侖相互吸引作用會在一定條件下使它們束縛在一起，而形成固體材料中一種重要的元激發(fā)。激子通�？煞譃槿f尼爾（Wannier）激子和弗倫克爾（Frenkel）激子[32-34]，如圖2.1所示。圖2.1半導體材料中激子的示意圖。a.弗倫克爾激子。b.萬尼爾激子。灰色周期排列的圓點表示材料的晶格弗倫克爾激子中電子與空穴之間的距離很近，庫倫作用力強。即使它在晶體中運動時，電子始終與空穴緊密相連，所以大多數(shù)弗倫克爾激子的波爾半徑小于或等于晶格常數(shù)、束縛能在100到300meV之間，通常存在于有機半導體與離子晶體中。而萬尼爾激子中電子與空穴之間的間距大，庫倫相互作用力相對較弱，束縛能大約只有10meV。處理萬尼爾激子的時候，我們可以忽略半導體晶格周期勢場對它的影響，近似為一個自由的電子空穴對，電子空穴之間的束縛能可以類比氫原子模型。萬尼爾激子的有效質量M可以用電子（me）與空穴（mh）的有效質量來表示：


本文編號：3367247