本文關(guān)鍵詞：氧化鋅基電泵浦紫外激光器件研究

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【摘要】：氧化鋅(ZnO)的禁帶寬度為3.37 eV,具有較大的激子束縛能(60 meV)和優(yōu)異的光電性能,被視為制造低閾值高效紫外激光器的理想候選材料。ZnO基電泵浦紫外激光器的研究已經(jīng)取得一定進(jìn)展,但性能仍然需要進(jìn)一步提高。本論文主要針對當(dāng)前ZnO基電泵浦激光器的不足展開研究,取得的主要結(jié)果如下:(1)第一次實現(xiàn)了壓電光電子學(xué)效應(yīng)增強(qiáng)的ZnO電泵浦激光:半導(dǎo)體中的壓電光電子學(xué)效應(yīng)(piezophototronic effects)可以調(diào)控載流子輸運(yùn)、復(fù)合和分離,因而曾被用于改善光電器件,如太陽能電池、光電探測器和發(fā)光二極管的性能。在四面體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料中,ZnO具有最大的壓電系數(shù),我們首次利用壓電效應(yīng)來改善電泵浦激光器的性能,實驗上構(gòu)建了p-GaN/MgO/ZnO nanowires結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)在16.0 kPa壓強(qiáng)作用下,激射閾值從48 V降低到20 V,50 V偏壓下的發(fā)光效率增加到3.95倍,注入電流增加到1.25倍,輸出功率增加到4.96倍。激光器性能的改善來源于注入電流的改善和發(fā)光效率的提高。該結(jié)果將ZnO的三個主要特點,包括大激子束縛能、大壓電系數(shù)和容易形成納米結(jié)構(gòu)同時利用起來,可能為ZnO基激光器件的性能提升找到可行途徑,也為壓電效應(yīng)找到新的應(yīng)用領(lǐng)域。(2)第一次實現(xiàn)了電泵浦ZnO等離子激元模式激光:等離子體激光器利用表面等離子體激元實現(xiàn)光限制、傳輸和放大,具有很強(qiáng)的電磁場限制性和高自發(fā)輻射耦合因子,對電磁場的強(qiáng)限制性使等離子體激光器可以實現(xiàn)更小的物理尺寸和更快的操作速度。其次,高自發(fā)輻射耦合因子有利于降低激射閾值。在紫外波段,光子頻率接近表面等離子體頻率,場限制效應(yīng)最強(qiáng),但此波段金屬損耗也最強(qiáng),阻礙受激發(fā)射的實現(xiàn)。針對此問題,研究人員提出在金屬和半導(dǎo)體之間插入低損耗介質(zhì)層形成的混合型表面等離子體結(jié)構(gòu),將電磁場限制在介質(zhì)層內(nèi),在提供強(qiáng)電磁場限制的同時可以降低金屬損耗�；谏鲜鼋饘�-絕緣層-半導(dǎo)體(MIS)混合型表面等離子體結(jié)構(gòu),我們制作了p-GaN/MgO/ZnO/MgO/Ag結(jié)構(gòu),在該結(jié)構(gòu)中首次實現(xiàn)了超低閾值(9.1 A/cm~2)的紫外波段電泵浦等離子體激光器。該結(jié)構(gòu)中,ZnO被用作增益介質(zhì)以匹配Ag表面等離子體頻率,另外ZnO大的激子束縛能也有利于等離子體激光器的實現(xiàn)。電磁場被限制在MgO介質(zhì)層中傳播,具有較高的自發(fā)輻射耦合因子,同時減少了金屬中的歐姆損耗。上述結(jié)果促進(jìn)了電泵浦等離子體激光器的發(fā)展,也為改善ZnO基紫外激光器性能提供了一種可行方法。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN248

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5 韓微微;楊松濤;高愛梅;;紫外激光在精細(xì)加工中的應(yīng)用研究[J];電子工業(yè)專用設(shè)備;2011年03期

6 劉晨星;張大勇;;紫外激光與半導(dǎo)體相互作用研究進(jìn)展綜述[J];光電技術(shù)應(yīng)用;2012年02期

7 張撫安;;紫外激光掃描描畫裝置[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;1984年10期

8 宗蘭;;高能紫外激光[J];激光與紅外;1972年09期

9 周壽桓;;0.3547μm 紫外激光產(chǎn)生[J];激光與紅外;1985年10期

10 馬樹森,善新新,姚永邦,秦玉英,蔡連新,王廣昌;石墨加氫氣在紫外激光作用下碳?xì)浠衔锏漠a(chǎn)生[J];中國激光;1986年09期

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1 楊峰;王志敏;張申金;彭欽軍;崔大復(fù);許祖彥;;高重復(fù)頻率皮秒全固態(tài)177.3nm深紫外激光研究[A];第八屆全國光學(xué)前沿問題討論會論文集[C];2009年

2 宗小軍;陳繼民;孫大慶;;水膜層輔助紫外激光切割銅箔片的實驗研究[A];中國光學(xué)學(xué)會2006年學(xué)術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

3 陽建華;陳繼民;左鐵釧;;高功率紫外激光精密切割[A];第十七屆全國激光學(xué)術(shù)會議論文集[C];2005年

4 胡建平;唐明;張問輝;段利華;胡江川;馬平;許喬;;355nm紫外激光損傷閾值自動測量裝置及實驗[A];第十屆全國光學(xué)測試學(xué)術(shù)討論會論文（摘要集）[C];2004年

5 鄧濤;羅杰;謝峻林;韓慶榮;;紫外激光傳輸用光纖的研制[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（1）[C];2007年

6 梁少華;周翔;屠天民;邢志奇;樓祺洪;;紫外激光處理后滌綸織物結(jié)構(gòu)和染色性能的研究[A];2003“中大潔潤絲杯”全國中青年染整工作者論壇論文集[C];2003年

7 陳繼民;陽建華;張帥;左鐵釧;;紫外激光微燒結(jié)金屬粉制造微型金屬零件的研究[A];中國微米、納米技術(shù)第七屆學(xué)術(shù)會年會論文集（一）[C];2005年

8 陽建華;陳繼民;張帥;;薄銅板的高功率紫外激光微切割[A];2005年中國機(jī)械工程學(xué)會年會論文集[C];2005年

9 李文洪;蔣小華;鄭志堅;江少恩;劉永剛;陳銘;李朝光;;紫外激光探針全息干涉系統(tǒng)[A];中國工程物理研究院科技年報（2000）[C];2000年

10 陽建華;陳繼民;張帥;;薄銅板的高功率紫外激光微切割[A];2005年中國機(jī)械工程學(xué)會年會第11屆全國特種加工學(xué)術(shù)會議專輯[C];2005年

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1 本報記者 齊芳;一塊“玻璃”的自主創(chuàng)新之路[N];光明日報;2012年

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1 楊s，

本文編號：1273074