光学微腔中两能级激子激发模式分裂的超快观测

发布时间：2020-03-25 03:36

【摘要】：早在上个世纪激光器的发明,为人类科研史开辟了一条新的开发的道路,随着细微微加工工艺的发展人们慢慢开始制作尺寸尺度接近光波波长形状特征的腔体,法布里-玻罗(F-P)微腔是激光器最基础的组成部分,半导体掺杂金属-绝缘材料-金属这种MIM微腔结构为研究纳米级受限电磁与物质的强相互作用效应提供了理想型的平台。将激子放入腔内形成很小的MIM微腔结构,在这个受限体积内,光子与物质之间会发生可逆的能量交换,这种形成的准粒子称为腔极化子。在1963年首次由E.T.Jaynes和F.W.Cummings对这一领域的兴趣进行了理论分析,他们提出的Jaynes-Cummings模型(所谓的J-C模式)通常用于描述单个原子与量子化光场之间的相互作用。许多物理方案和示例模型已经被提出并且可以用于实现量子计算。最有前途的解决方案之一是微腔的腔量子电动力学(QED)。它不仅可以为人们调节量子态提供一个几乎理想的平台,而且随着微加工技术的发展,也可以发展成为一种一体化-小型化的光化学平台,具有广阔的发展前景,这也是本文的背景。本论文主要是针对光与物质相互作用的基础,利用超快光谱测试观察在光学微腔中掺杂尼罗红染料发生模式劈裂的光学特性。做了以下系统的研究工作:第一部分我们在超净间实验工作室搭建瞬态光谱探测系统,也叫做能够宽谱测量的瞬态飞秒泵浦-探测测试系统,整个瞬态飞秒泵浦探测系统可以测量的波长范围是350nm-800nm,激光放大器的时间分辨率约为100fs,可调谐范围是350nm-700nm(激发光波长),延时线的测试窗口范围是1500ps。第二部分是本论文的实验说明制备了由一层质量级尼罗红(NR)染料激子与两层银金属镀膜组成的金属-绝缘-金属(MIM)微腔,随机分散在SU-8大分子聚合物负极抗蚀剂基体中,并首次测量了它们的稳态透射光谱。由于激子与受限光子的相互作用,我们观察到了新的双光子传输峰,它们具有较大的能量分离和角反交叉行为。第三部分本篇论文为了从根本上证实这种相互作用是属于弱耦合还是强耦合,我们进一步利用时间分辨泵浦探针瞬态吸收(TA)技术揭示了这些新的双相共振的光学性质。这种相互作用的时间分辨结果是弱的,因为衰变弛豫动力学只是通过调制效应被微腔加速,而不是通过超快Rabi振荡循环进行引人注目的能量交换。第四部分我们还证实了这种调制效应是由微腔而不是激子振荡强度进行的。这项工作可以为大规模的激子掺杂的MIM微腔提供一个全面的深入的理解,并可以代表未来在光学微腔调制器件发展奠定基础。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248

【参考文献】