基于单根带隙渐变硫硒化镉合金纳米带的多色激光器

摘要

半导体纳米线激光器，由于其紧凑的体积，较大的光学增益受到越来越多的关注。作为半导体纳米线的一个分支，带隙渐变的半导体纳米线具有与普通单一组分纳米线不同的特性。由于纳米线不同位置的材料组分，带隙不同，使得纳米线各处的荧光、增益、吸收特性有显著差异，一维带隙渐变的半导体纳米材料具有实现小体积，宽光谱可调激光器的潜力。
　　通常单一组分的半导体纳米线增益带宽很小，约20nm，限制了调谐范围，也使单根纳米线多波长宽光谱激光成为不可能。通过改进半导体纳米线合成方法，移动蒸气源，我们制备出硫硒化镉带隙渐变的半导体纳米线。其化学组分沿纳米线轴向连续变化，对应荧光波长从510nm到710nm，理论上可以实现200nm的调谐范围。但是，由于带隙渐变半导体纳米带单向吸收特性，使短波长的荧光损耗很大，产生宽谱激光变得困难。
　　在带有表面结构缺陷的纳米带里，我们发现了在一维半导体纳米材料里的光子局域。通过纳米带表面缺陷产生的散射，使一根纳米带在不同散射点之间形成FP谐振腔，从而克服了荧光沿整根纳米带传播时，带隙渐变纳米线固有的单向吸收特性带来的损耗。通过分析激光反馈和散射，我们提出了纳米带波导结构对表面结构缺陷的散射增强作用，使纳米带在弱散射条件下实现激光。半导体纳米带的散射FP谐振腔性质非常类似随机激光的散射谐振腔，但是和随机激光不同，纳米带光学系统是非混沌的。本工作演示了单根纳米带的宽谱多色激光，激光波长变化61nm，颜色从红到绿;通过缩小激发光斑可以逐段激发纳米带，控制激光的波长实现调谐。此外，实现了一根纳米带不同颜色激光的同时激射。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 研究背景

1．2．1 半导体纳米线材料的合成

1．2．2 半导体纳米线的光学谐振腔性质和研究进展

1．2．3 半导体纳米线的半导体材料性质和研究进展

1．2．4 具有量子限域效应的半导体纳米线的性质和研究进展

2 带隙渐变的硫硒化镉纳米线的制备和光学表征

2．1 硫硒化镉纳米线的制备

2．2 样品表征

3 基于单根纳米带的半导体多色激光

3．1 带隙渐变的硫硒化镉纳米线荧光单向吸收特性及其带来的问题

3．2 纳米线里的光子局域

3．2．1 随机激光的光子局域

3．2．2 带隙渐变半导体纳米带的光子局域

3．3 实验操作和结果讨论

4 总结与展望

参考文献

硕士期间工作