【摘 要】
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激光,即受激辐射光放大(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,LASER),是20世纪最伟大的发明之一,具有单色性、单向性等优良特性。近年来,随着信息传输量的增大,产生了使用光子替代电子用于信号传输的光子芯片技术,其中使用了包含激光器在内的各种小型光子器件。然而由于衍射极限的存在,传统的激光器谐振腔的尺寸不能小于波长的一半,
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激光,即受激辐射光放大(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,LASER),是20世纪最伟大的发明之一,具有单色性、单向性等优良特性。近年来,随着信息传输量的增大,产生了使用光子替代电子用于信号传输的光子芯片技术,其中使用了包含激光器在内的各种小型光子器件。然而由于衍射极限的存在,传统的激光器谐振腔的尺寸不能小于波长的一半,也就是百纳米数量级,远大于当前集成电子器件的尺寸,使得光子器件与电子器件难以实现集成。为了解决这一问题,需要进一步对激光器进行小型化,使之达到可与电子器件相比的尺寸。表面等离激元(Surface Plasmon Polaration,SPP)具有突破衍射极限,将电磁场局域在亚波长尺度,产生近场增强的特性,这为突破光子器件集成技术的尺寸瓶颈提供了新思路。此外,近几年金属卤化物钙钛矿因其出色的光电性能,包括高吸收/发射效率,宽光谱范围,高缺陷耐受性和双极长扩散距离,以及可低温溶液加工合成,而成为有前途的半导体激光器候选材料。为了设计并制备出能够突破衍射极限、且具有优良发光性能的纳米激光器,本课题中对金属表面等离激元共振发光增强结构与钙钛矿材料进行了组合,设计出了在钙钛矿薄膜表面制备金属纳米颗粒阵列的基于表面等离激元共振增强的钙钛矿激光器,具体研究内容分为钙钛矿薄膜的制备、金属表面等离激元共振增强结构的具体设计以及结构的制作三大部分:首先进行了N2F8(一种从文献中查阅到的具有优良光电性能的混合阳离子钙钛矿材料)、MAPbBr3和MAPbI3三种钙钛矿薄膜的制备和表征,得到合适的制备方法,随后,建立结构的有限元仿真模型,并将测得的钙钛矿薄膜的复折射率数据导入模型中,通过参数扫描,确定了分别对应于MAPbBr3、MAPbI3两种钙钛矿材料与Ag、Au两种金属材料组合结构的几组合适的尺寸参数,最后使用电子束光刻和电子束热蒸镀的方法,对设计的结构进行了实验室制备,测量了制备出的结构的光学性能。本课题中设计的结构对光场的局域效果设计值达到了6.9倍左右,其中热点处的场增益比达到了100倍以上,在实验制备的结构中,得到了与模拟结果类似的透射率曲线,并针对实验中遇到的问题,提出了可能的实验优化方案。该研究课题及其结果可以在一定程度上为激光器小型化探明道路,推动光子器件与电子器件集成技术的发展,具有一定的现实意义。
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