基于溴化铅钙钛矿的微腔波导集成器件研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dai_dx
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近年来,有机无机杂化钙钛矿由于具有载流子移动能力强、缺陷密度低、且带隙可调的优良光电特性受到了很多的关注。目前已被广泛的应用于制作LED、太阳能电池、光电探测器、激光器等微型器件,且取得了非常多的成果进展。然而,目前对这些光电器件的研究相对较为独立,而在钙钛矿集成芯片领域的研究仍然有很大的空白。此外,就基于回音壁模式的微腔而言,单方向出射的实现始终是热点问题,在已经发表的成果中,变形腔、直接耦合微腔、引入散射缺陷的方法都得到了充分的研究,然而,这些方法往往也伴随着对微腔品质因子的很大牺牲且仍然存在其他方向的出射。基于这些因素,本文在理论、仿真以及实验中论证并制备出了有源片上钙钛矿微腔波导的耦合器件,首次证明了钙钛矿片上光网络实现的可能性,并且通过引入外部手性结构,实现了这一片上器件的单方向出射。为了能够实现片上的集成,本文采用二维回音壁模式钙钛矿微腔结构作为该耦合器件的光源。通过建立基于有限元算法的Comsol仿真模型,证明这种集成方案的可行性。引入了手性螺旋线微腔结构,通过对比不同的耦合间距、微腔大小、结构组成等因素对耦合效率和单方向出射性能的影响,选出较优的结果设计实验方案。根据这一设计方案,本文采用改进后的一步溶液法制备出了均匀且表面积较大的有机无机钙钛矿单晶,之后测试了其厚度、晶向等性质。用控制良好的自上而下的电子束光刻和等离子刻蚀工艺制备出不同大小的有机无机钙钛矿螺旋线腔、微盘和波导耦合的结构。本文采用飞秒激光泵浦样品测量出结构产生的激光模式和性质,表征器件的光学性质。从光谱中可以明显的看到产生了回音壁模式的激光。在实验中通过波导两端有绿光的实验现象,证明光与波导耦合结构可以工作。泵浦在原有微腔波导耦合结构的基础上添加了手性结构的器件,观察到波导单端有光,可以测到回音壁模式光谱,从而证明已实现了单方向出射。这一单方向出射耦合器件的成功制备,为钙钛矿在片上光集成领域的应用提供了有力的证明,且对实现二维平面内的微腔单方向出射提供了一种新的可行方案。
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