基于CdS纳米线的混合表面等离子体纳米激光器的研究

摘要

传统半导体激光器由于采用光学系统反馈而存在衍射极限，要求激光器的腔长至少是其发射波长的一半，因此难以实现微小化。而基于表面等离子体激元的纳米激光器可以实现深亚波长乃至纳米尺度的激光发射，同时现代微纳加工技术的日趋成熟，也为纳米量级激光器的研制提供了技术条件。
　　近年来半导体纳米激光器由于尺寸小的特点，使其能够利用在集成光路的应用方面，设想如果将大量的纳米激光器逐级连接，其汇聚在一起的能量是相当可观的，因此在相干光源的传感器、信号处理等方面有着巨大的潜力。
　　CdS的禁带宽度Eg为2.42eV，属于Ⅱ-Ⅵ半导体化合物，具有优异的光电转换性能和发光性能现在已经被广泛地应用在各种光电子器件之中。因此，本课题选择以硫化镉（CdS）纳米线、二氧化硅（SiO2）和银（Ag）膜组成的复合结构为研究对象，通过三维数值模拟和光学测量的手段来研究该系统的激光特性。
　　本文具体介绍了以下内容：
　　(1)首先对半导体纳米材料的发展历史、纳米技术与激光器技术相结合的应用进行了相关的描述，并介绍了该课题的研究背景与意义。
　　(2)通过溶剂热法合成CdS纳米线，通过控制生长温度，反应时间以及表面修饰剂等相关参数，合成四组CdS纳米线产物。利用扫描电子显微镜等手段表征制备的纳米线，得到溶剂热法制备纳米线的一般规律。并利用电子束蒸镀（E-beam）的方法，制备一定厚度的SiO2薄膜和金属Ag薄膜。
　　(3)研究了基于CdS纳米线、SiO2薄膜和Ag膜组成复合结构的激光特性，通过合理的实验手段，测量了大半径尺寸CdS纳米线的激光特性。根据测量光谱，观测到当CdS纳米线表面粗糙时可以在纳米线半径很大时得到混合型等离子体模式，改变了以往混合型等离子体激光器所需要的CdS纳米线的尺寸必须小于70nm的限制，并得到了良好的阈值特性。
　　(4)利用厚度为10nm的低折射率SiO2薄膜将CdS纳米线与金属Ag膜分开，首次得到基于大半径尺寸CdS纳米线的双光子泵浦纳米激光器，该激光器的阈值为2.18W/cm2单光子激发的纳米激光器相当，在保持了低阈值的基础上，改善了单光子激发具有较短趋肤深度的缺点。

目录

第1章 绪 论

1.1引言

1.2半导体纳米材料概述

1.3一维半导体纳米材料的合成方法

1.4基于半导体CdS及相关半导体材料的激光器研究近况

1.5本课题选题背景及研究内容

第2章 表面等离子体激元与表面等离子纳米激光器

2.1引言

2.2表面等离子激元基本概念及在麦克斯韦方程组中的解

2.3等离激子激光器与普通激光器联系与区别

2.4本章小结

第3章 实验样品的制备和表征

3.1制备CdS纳米线的材料及相关设备

3.2 CdS纳米线的表征

3.3电子束蒸镀制备银膜及二氧化硅膜

3.4溶剂热法合成CdS纳米线的形貌表征

3.5 本章小结

第4章 单光子激发的混合表面等离子体纳米激光器

4.1引言

4.2混合表面等离子体纳米激光器介绍

4.3 CdS纳米线激光特性的实验测量

4.4纳米激光器的模式特性分析

4.5本章小结

第5章 双光子泵浦表面等离子纳米激光器

5.1引言

5.2双光子泵浦纳米激光器

5.3单光子泵浦纳米激光器

5.4本章小结

结论

参考文献

声明

致谢