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

【摘要】：納米線是微納光學的熱門研究領域之一,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域具有很大的應用價值和潛力,是構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的進步,得到的納米線質量越來越高,基于納米線的光子學器件尺寸也逐漸減小。尤其是結合了表面等離子體激元的光學元件,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)有光學系統(tǒng)例如互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)、光纖系統(tǒng)以及硅基波導等兼容性差。另外,納米線是一種典型的法布里-珀羅諧振腔,腔內的諧振模式由腔體形狀決定,模式調控難以實現(xiàn),現(xiàn)有方法的工藝復雜繁瑣,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控及各類光器件之間的互連和信息交換,具體內容如下:(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的出射光能夠被第二根波導再次采集,并且在很寬的軸向間距、橫向偏移以及傾斜角度范圍內,采集效率均在50%以上。另外,設計了同時兼容表面等離子體波導和硅波導的錐形結構,實現(xiàn)表面等離子體模式和介質模式的轉換以及逆轉換,效率超過90%。(3)調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鍵的作用。介質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)了介質激光到表面等離子體激光的轉變,驗證了納米顆粒對納米線激光模式的調控。(4)結合宇稱-時間(Parity-time,PT)對稱的概念探索諧振腔內的光放大和損耗,首次實現(xiàn)了PT對稱下納米線激光器模式的調制。當納米線被泵浦一半時,在諧振腔內形成了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�。本文的研究工作為納米線器件的應用提供了實驗和理論基礎,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控等結果,提升了納米線器件在生物醫(yī)學成像、傳感、光開關以及光子回路等領域的實用性和應用潛力。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN248

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本文編號：1685704