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基于光子晶体微腔的深亚波长纳米线激光器研究

发布时间:2020-04-24 07:26
【摘要】:半导体纳米线激光器在片上光通信和光互连中有重要应用前景。受光学衍射极限的限制,纳米线激光器尺寸的进一步降低已经遇到瓶颈。光子晶体微腔能够阻止模式泄露,使光场限制在腔内。将纳米线与光子晶体微腔结合起来,是进一步缩小纳米线激光器尺寸、降低激射阈值的一种可行途径。本文基于光子晶体微腔的Ⅲ-Ⅴ族纳米线激光器展开研究,取得的主要研究成果如下:(1)采用时域有限差分法,理论研究了单根In0.53Ga0.47As纳米线激光器的模式特性、有效折射率、限制因子与阈值增益。随着纳米线直径增大,HE11和TE01模式依次出现。阈值增益曲线表明:纳米线激光器阈值随半径增大降低,且当纳米线半径小于250nm时,HE11模式阈值低于TEQ1模式;当半径大于250nm时,TE01模式的阈值更低,且在半径300nm时达到最小值,表明TEQ1模式更容易实现激射。(2)利用时域有限差分法设计了一种W1型光子晶体微腔,晶格常数a=466.8nm,空气柱R=0.32a=149.4nm,厚度 z=1000nm,空气沟槽宽度d=3 00nm。仿真结果表明该光子晶体可以实现对1550nm光的有效限制。(3)设计了一种基于光子晶体微腔的In0.53Ga0.47As纳米线激光器,对比研究了有、无光子晶体微腔纳米线激光器的模场分布和阈值增益。结果表明,在无光子晶体微腔时,随着纳米线直径减小,对光场的限制能力减弱、阈值增益提高,当半径小于140nm时无法激射;由于光子晶体微腔对模式的较强限制作用,基于光子晶体微腔的In0.53Ga0.47As纳米线激光器激射截止半径降至70 nm。
【图文】:

纳米线,半导体,激光器,激射


第一章绪论、可见光纳米线激光器和近红外纳米线激光器。逡逑(Ultraviolet)纳米线激光器逡逑段的激光器在交互领域,光的存储领域,医疗领域需求及ZnO受到了研究者的关注。逡逑料是一种III-VI族半导体材料,已经有大量的文献基。ZnO材料具有无毒无害的特点,另外易于制备。在此带隙性能,能够在常温条件下有效的激射。前文所提及Huang等人在2001研制了第一个基于ZnO纳米段是385nm附近,具有小于lnm的线宽。如图1-2所线阵列不仅侧面凭证,排列规律,具有良好的单晶性。人制备了了邋ZnO纳米线阵列[291能够产生室温下激光的排列的单列ZnO纳米线中也能够存在室温下的激射[41]。逡逑

纳米线,电激励,激光器


从物理因素上会降低端面反射率,从何会导致近红外纳米线激光器的逡逑阈值增大。于2006年,Louisville的Chin采用频率为飞秒的激光作为泵浦源,逡逑在(GaSb)纳米线上,观察到了近红外波段的激射[36]。如图1-4,在频率为飞逡逑秒的光泵浦下,锑化镓纳米线的光谱的半高宽随着泵浦功率的增大逐渐减小,当逡逑功率到达一定程度,此时纳米线出射的激光波长约为1553邋nm。日本Hokkaido的逡逑Hua的研宄组在2007年研究了砷化镓(GaAs)纳米线中法布里珀罗模式的激逡逑光出射[53】,,处于近红外波段。逡逑?-逦Above邋threshold逡逑■■■邋Belcsv邋threshold逡逑3逡逑之晒逡逑0¥逡逑c逡逑CJ邋-逡逑c逡逑」逡逑Q.-逡逑1逦1邋t邋b邋I邋*邋I邋1逡逑1520逦1540逦1560逦1580逡逑Wavelength邋(nm)逡逑图1-4砷化镓纳米线的光致发光光谱[53]逡逑6逡逑
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TN248;O734

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本文编号:2638689

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