微纳结构光子器件及高效差频太赫兹辐射源的研究

发布时间：2021-11-23 11:48

　　近年来,微纳结构材料在科研和生产领域展示出巨大的潜力。其中,基于液体材料填充的微结构光纤（MOF）光子器件将光纤内部的微结构同材料自身的物理效应有机结合起来,具有广阔的应用前景。与此同时,基于石墨烯（Graphene）和硫化铅量子点（PbS QD）纳米复合材料的光敏场效应管,展示出高增益、高响应度等特点,具有重大的理论和实际意义。此外,太赫兹（THz）辐射在基础研究及工程应用等领域都具有重要的研究价值,研制高转换效率的THz差频辐射源可以大力推动THz技术的发展。本文的主要内容和创新点包括:1.系统研究了MOF横截面参数对液体填充MOF器件温度灵敏度的影响。通过数值模拟确定在较大占空比、较小空气孔层数以及较大入射光波长的条件下,系统的温度敏感特性达到最佳。在实验中,选用最为接近理想状态的大占空比柚子型MOF,填充了不同体积比的混合溶液,得到其热光响应特性。2.设计了基于混合液体填充的反射式MOF温度传感探头。该装置使得光源和探测器位于温度敏感区域同侧,整个系统更为紧凑。通过调节溶液配比拓展了温度传感探头的工作范围。3.制备了基于Graphene-PbS QD复合材料的光敏场效应管,在光... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：130 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

液体材料填充的MOF光子器件的物理结构

由公式(1-3)可知，填充速度与空气孔尺寸相关，因此，对于不同尺寸的空气孔，可以通过轴向分步填充和截断的方法实现对大孔或小孔的选择性填充[28] ，如图1-4所示。液体在不同直径的空气孔内经过毛细现象后的上升高度有所不同，利用这一特点，采用多次填充和切割的办法，在 MOF 中心大孔中成功填充了掺有染料的紫外固化聚合物[1]。② 熔接机电弧放电法采用熔接机对 MOF 进行电弧放电，使得包层空气孔出现不同程度的塌陷。空气孔大小不一，其塌陷程度也不同，通过合理的选择放电参数和光纤摆放位置可以实现对 MOF 空气孔的选择性塌陷，进而完成选择性填充[29]。上述两种选择性填充方法仅适用于空气孔尺寸差异明显的 MOF，因此应用范围较小，填充方案有限。图 1-4 轴向分步填充截断法选择性填充 MOF 中心空气孔[28]

利用控制系统调整探针的移动，从而将紫外敏感胶水填入不需要填充的空气孔中，随后利用紫外光曝光封堵所选择的空气孔，并对其他未封堵的空气孔进行填充，其效果如图 1-5 所示。此外，也可以采用三维飞秒激光直接写入技术[31-33]或聚焦离子束方法[34]实现对任意空气孔的选择性填充。

【参考文献】：
期刊论文
[1]胶体量子点发光二极管的研究进展[J]. 李珩.  广东化工. 2014(09)
[2]基于液体填充微结构光纤的新型光子功能器件[J]. 姚建铨,王然,苗银萍,陆颖,赵晓蕾,景磊.  中国激光. 2013(01)
[3]石墨烯制备方法及研究进展[J]. 姜丽丽,鲁雄.  功能材料. 2012(23)
[4]石墨烯化学及潜在应用[J]. 李永玺,陈彧,庄小东,张斌,朱金辉,李佩佩,牛丽娟.  上海第二工业大学学报. 2010(04)
[5]石墨烯与太赫兹科学[J]. 韩鹏昱,刘伟,谢亚红,张希成.  物理. 2009(06)
[6]基于液体填充的光子晶体光纤温度传感特性分析[J]. 李学金,于永芹,洪学明,宋奎岩,朱莉.  中国激光. 2009(05)
[7]非线性光学频率变换及准相位匹配技术[J]. 姚建铨.  人工晶体学报. 2002(03)

博士论文
[1]太赫兹波传输及光子晶体光纤温度传感的研究[D]. 汪静丽.天津大学 2011

硕士论文
[1]石墨烯产生太赫兹理论及波导器件的研究[D]. 王卫鹏.天津大学 2012
[2]基于液体填充的光子晶体光纤微结构设计[D]. 王若琪.天津大学 2012



本文编号：3513818