本文選題：納米線　切入點：波導(dǎo)　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：納米線是微納光學(xué)的熱門研究領(lǐng)域之一,其在激光器/發(fā)光二極管、傳感、成像、光電探測器以及光伏等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用價值和潛力,是構(gòu)成未來光子回路的重要模塊之一。隨著微納制備工藝和納米線生長技術(shù)的進步,得到的納米線質(zhì)量越來越高,基于納米線的光子學(xué)器件尺寸也逐漸減小。尤其是結(jié)合了表面等離子體激元的光學(xué)元件,其尺寸甚至達到了真正的亞波長量級。如此之小的物理尺寸面臨的問題也十分明顯:納米線在基底上的離散分布使得各個納米器件是相互獨立的,因此它們之間的耦合或者能量交換難以實現(xiàn),和現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)例如互補金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)、光纖系統(tǒng)以及硅基波導(dǎo)等兼容性差。另外,納米線是一種典型的法布里-珀羅諧振腔,腔內(nèi)的諧振模式由腔體形狀決定,模式調(diào)控難以實現(xiàn),現(xiàn)有方法的工藝復(fù)雜繁瑣,誤差容忍度小。針對上述納米線面臨的問題,本文主要研究了基于納米線的光學(xué)微腔和激光器。在提高單個納米器件性能的同時,本文還著重研究了納米線激光器諧振模式的調(diào)控及各類光器件之間的互連和信息交換,具體內(nèi)容如下:(1)研究了有機/無機溴化銨鈣鈦礦(CH3NH3Pb Br3)納米線的激光特性,利用錐形光纖采集激光器的出射能量。實驗證明有機/無機溴化銨鈣鈦礦在雙光子泵浦下表現(xiàn)出強烈的非線性吸收,在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了世界首個雙光子鈣鈦礦納米線激光器。并對有機/無機溴化銨鈣鈦礦納米線與光纖系統(tǒng)的集成和耦合進行了研究,大大提高了激光出射的采集效率,獲得了10倍于傳統(tǒng)物鏡法采集到的激光強度。(2)討論了表面等離子體波導(dǎo)和其他光器件之間的互連以及能量交換。理論上驗證了納米波導(dǎo)的出射光能夠被第二根波導(dǎo)再次采集,并且在很寬的軸向間距、橫向偏移以及傾斜角度范圍內(nèi),采集效率均在50%以上。另外,設(shè)計了同時兼容表面等離子體波導(dǎo)和硅波導(dǎo)的錐形結(jié)構(gòu),實現(xiàn)表面等離子體模式和介質(zhì)模式的轉(zhuǎn)換以及逆轉(zhuǎn)換,效率超過90%。(3)調(diào)控表面等離子體諧振腔的模式,實現(xiàn)了大尺寸納米線中表面等離子體模式的放大和激光出射。數(shù)值分析表明納米線表面的散射在諧振腔模式選擇中起著關(guān)鍵的作用。介質(zhì)模式受到納米顆粒的強烈散射而被抑制,因此表面等離子體模式獲得最大的增益并產(chǎn)生激光出射。在表面納米顆粒密度從小變大的納米線激光器中,實驗測量到的激光閾值曲線斜率變大,激光出射偏振變化90?。實現(xiàn)了介質(zhì)激光到表面等離子體激光的轉(zhuǎn)變,驗證了納米顆粒對納米線激光模式的調(diào)控。(4)結(jié)合宇稱-時間(Parity-time,PT)對稱的概念探索諧振腔內(nèi)的光放大和損耗,首次實現(xiàn)了PT對稱下納米線激光器模式的調(diào)制。當(dāng)納米線被泵浦一半時,在諧振腔內(nèi)形成了PT對稱的機制,激光模式間隔變?yōu)槿闷謼l件下的2倍,模式波長移動至全泵浦時兩個相鄰模式的中間,模式數(shù)目變?yōu)槿闷窒碌囊话搿１疚牡难芯抗ぷ鳛榧{米線器件的應(yīng)用提供了實驗和理論基礎(chǔ),基于本文實現(xiàn)的納米線激光器、激光能量的高效率采集以及模式調(diào)控等結(jié)果,提升了納米線器件在生物醫(yī)學(xué)成像、傳感、光開關(guān)以及光子回路等領(lǐng)域的實用性和應(yīng)用潛力。
[Abstract]:......
【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】：2016
【分類號】：TN248

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本文編號：1685704