石墨烯包覆的氧化锌微米棒回音壁模激光研究

摘要

ZnO是一种宽禁带、直接带隙半导体材料,具有优良的光电特性,其具有的强激子结合能的特点使其成为一种理想的紫外激光材料。近年来,在氧化锌的各种微／纳米结构(纳米碟、纳米钉、微米线、纳米线等)中都观察到了紫外激射现象。根据产生机制的不同,氧化锌紫外激射分为三类,即:随机激光、F-P激光和回音壁模(WGM)激光。其中,回音壁模式激光,因光线在六边形氧化锌微腔内部作全反射传播而更易形成高品质因子、低激射阈值的WGM激光。另一方面,石墨烯作为一种由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料,自2004年被发现以来,以其独特的性质引起了科学家们的广泛关注和极大兴趣。本研究将两种材料的优点结合起来,以单层石墨烯包覆氧化锌微米棒,研究石墨烯对氧化锌微米棒回音壁模激射行为的影响,以期为合成更高性能的氧化锌紫外发光器件寻找更为有益的方法。氧化锌微米棒是在管式炉中利用气相传输法(VPT)合成的。研究发现,石墨烯包覆后的氧化锌微米棒与包覆前相比,其回音壁模式激光激射峰的半高宽(FWHM)从0.5 nm减小到0.3nM,表明出现了更高品质因子(Q值)的激光。另外还发现,在相同激射功率下,石墨烯包覆后的氧化锌微米棒激射峰的强度更高(大约是包覆前的3～4倍),阈值更低,并出现光谱蓝移的现象。造成这种现象的原因可能是由于石墨烯表面等离子共振引起的局域场增强,使得能量从具有金属性的石墨烯转移到半导体性质的氧化锌微米棒。研究结果表明,本研究为合成高性能的光电器件提供了一种非常有益的方法。