半导体纳米线激光器弯曲效应的研究

【摘要】纳米级激光器在分子级别精密测量、超分辨显微、集成光电子、生物光子学等方面具有广泛而重要的应用前景,是纳米光子学研究的重点和热点。半导体纳米线,同时具有增益介质,光学谐振腔和无源波导等多种功能,是理想的纳米级激光器材料,正受到越来越多的关注。另一方面,大的长径比让半导体纳米线拥有良好的延展性和易于弯曲的特性,各种基于纳米线结构的光电子器件促进了柔性光电子学的飞速发展。国际上关于弯曲纳米线的光电特性研究很多,主要集中在电学性能、光波导和荧光特性研究上。据我们所知,关于弯曲对纳米激光器特性影响的研究寥寥无几。而这些研究对于纳米激光器的性能提高和在集成光电子系统的应用方面非常重要和必要。本论文在综述纳米线激光器及弯曲效应对纳米线光电特性影响的基础上,系统的研究了弯曲对纳米线激光器的影响,包括损耗、阈值、模式和偏振特性等。第一部分从弯曲对半导体纳米线激光器的弯曲损耗和阈值条件进行研究。我们发现,当曲率半径不断减小的时候,弯曲损耗逐渐增大,阈值逐渐升高,微分效率逐渐降低。值得一提的是,我们发现了一个有趣的现象：当弯曲半径较大时,在纳米线激光器中粗线的弯曲损耗要高于细线的。之后我们结合软件模拟的结果,发现在粗线中存在的高阶模式的弯曲损耗要远远高于细线中基模的弯曲损耗,从而对这一反常的现象给出了合理的解释。第二部分研究了弯曲半导体纳米线的输出光谱特性,并提出了一种控制半导体纳米线激光器输出偏振的方法。输出激光谱中光学峰的红移比荧光谱中的要明显的多,且光谱中模式数的减少为设计新型的单模纳米线激光器提供了新的思路。其他条件不变,增加泵浦功率时,与直纳米线中主峰模式红移的现象不同,弯曲纳米线中主峰发生了蓝移。最后,我们发现了输出激光的偏振角度与纳米线的弯曲角度之间具有线性关系,利用这一特性实现了对输出光的偏振方向既简单又可靠的调制。最后,第三部分对本文的工作进行了总结和展望。基于半导体纳米线弯曲效应的研究,其中包括阈值、弯曲损耗和偏振特性等,有助于加深人们对纳米尺度下力学、电学和光学性质三相耦合的理解,为今后开展深层次的弯曲纳米线激光器的研究提供更全面的理论参考,在提高纳米激光器性能和改善光电子器件封装技术方面有重要的推动作用。
【作者】杨伟松；
【导师】杨青；
【作者基本信息】浙江大学，光学工程，2014，硕士
【关键词】半导体纳米线；激光器；弯曲效应；损耗；红移；偏振；

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