单根有机TC纳米线中激子极化激元的研究
发布时间：2021-12-17 01:52
当今时代,微型化的电子产品越来越受到人们的青睐。在微型化电子产品工作中发挥重要作用的光波导具有的弯曲损耗性,严重限制了电子产品微型化的程度。由激子和光子强耦合形成的激子极化激元在单根有机TC纳米线中有着特殊的传输特性,能够提高电子产品微型化的程度,使得激子极化激元成为近几年的研究热点。本文主要研究的是TC纳米线中激子极化激元特性。首先,运用分子自组装的方法制备单根有机TC纳米线,对纳米线进行表征得到其结构参数。在自搭建的局域与非局域荧光光路中激发制备的单根纳米线,分别得到荧光光谱并建立理论模型,分析纳米线的有效折射率,从而在实验上证实了单根有机TC纳米线能产生激子极化激元。接着,理论证明单根有机TC纳米线能产生激子极化激元,数值模拟不同长度、宽度TC纳米线中非局域荧光光谱及内部电场分布,得到激子极化激元在纳米线中的传输特性。计算F因子和Q因子随波长的变化曲线,分析激子极化激元在纳米线中的传输损耗特性。数值模拟给出单根有机TC纳米线的反射光谱,理论证明激子极化激元能够在纳米线中实现稳定的长程传输。最后,利用金属表面等离子激元局域场增强效应,对TC纳米线中产生的激子极化激元增强效应进行研究...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
EPs形成的示意图[4]
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-2-器件之一。因此，对于光波导的制备也已经进行了许多研究，但制备的光波导传输损耗较高，对于提高微型化光子回路微型化程度的效果不是很理想。2005年KenTakazawa等人提出，通过有机分子的自组装制造的TC纳米波导可以改善传输损耗高的这一缺点。进一步研究其内部分子结构，观察发现TC聚集体的吸收光谱峰值相对于TC单体的吸收光谱峰值明显蓝移，如图1-2(a)所示，插图为TC染料的分子结构式。研究纳米线的极化荧光图像，发现纳米线在与线轴大约30°倾斜的方向上强烈极化。这种强极化表明组成分子是高度有序的，并且它们的跃迁偶极矩与线轴之间的滑移角为30°，如图1-2(b)所示。TC纳米线内部分子具有大滑移角和蓝移吸收带的高度有序的分子排列，可以得出结论，TC纳米线为H-聚集体。图1-2(a)TC单体、聚集体的吸收光谱，(b)TC纳米线内部分子排列示意图[13]1.3激子极化激元的研究现状自从19世纪EPs在半导体量子微腔中被观察到之后[14]，人们就对其产生了相当大的研究兴趣。迄今为止，EPs的产生和传输通常是在一对分布式布拉格反射器制成的平面微腔中实现并进行研究的[5,15-18]。与平面微腔相比，同样能够实现EPs产生传输的微环带形成的闭环微腔，更适用于微型光学器件的集成[19]。然而，微腔中的EPs一般是在低温下实现，而且对实现工艺要求极高，这就为研究EPs的特性带来了一定的难度，很多科学家都希望能在常温下实现对EPs的研究。2010年KenTakazawa等人在常温下EPs的研究中取得了突破性的进展[20]。他们发现用波长为405nm的激光激发曲率半径小于几微米的TC纳米线，发现在纳米线的两端能观察到荧光光斑[13,21]，如图1-3所示。这说明纳米线的折射率非常高，进而说明弯曲度很大的纳米线也能充当有源光波导传输荧光
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-3-图1-3弯曲纳米线的荧光[26]从图1-4(a)中可以看出，利用FL显微镜技术测量的不同长度纳米线的荧光光谱，通过公式计得到||n(ω)值，并且在能量接近2.6eV时||n(ω)的数值超过10，此数值对于介质波导来说是一个非常大的值。因为EPs的产生会引起介质波导的折射率大幅提高，所以KenTakazawa等人认为||n(ω)的这种异常行为强烈表明了在常温下有机纳米线中能够产生EPs。从图1-4(b)中可以看出||κ(ω)在2.5eV时几乎为零，但在2.55eV时开始急剧增加，这表明能量低于2.5eV时，EPs在传输过程中衰减很低，高于2.55eV衰减急剧增加。图1-4(a)TC纳米线的折射率的实部和虚部，(b)TC纳米线的折射率的虚部[20]同年，KenTakazawa等人又通过测量纳米线聚集体的反射光谱进一步得到了纳米线中EPs形成的证据。在EPs模型中，由于激子横向分裂能(TE)和激子纵向分裂能(LE)之间的能量隙被阻断，所以入射能量在TE和LE之间的光在晶体表面被
本文编号：3539193
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
EPs形成的示意图[4]
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-2-器件之一。因此，对于光波导的制备也已经进行了许多研究，但制备的光波导传输损耗较高，对于提高微型化光子回路微型化程度的效果不是很理想。2005年KenTakazawa等人提出，通过有机分子的自组装制造的TC纳米波导可以改善传输损耗高的这一缺点。进一步研究其内部分子结构，观察发现TC聚集体的吸收光谱峰值相对于TC单体的吸收光谱峰值明显蓝移，如图1-2(a)所示，插图为TC染料的分子结构式。研究纳米线的极化荧光图像，发现纳米线在与线轴大约30°倾斜的方向上强烈极化。这种强极化表明组成分子是高度有序的，并且它们的跃迁偶极矩与线轴之间的滑移角为30°，如图1-2(b)所示。TC纳米线内部分子具有大滑移角和蓝移吸收带的高度有序的分子排列，可以得出结论，TC纳米线为H-聚集体。图1-2(a)TC单体、聚集体的吸收光谱，(b)TC纳米线内部分子排列示意图[13]1.3激子极化激元的研究现状自从19世纪EPs在半导体量子微腔中被观察到之后[14]，人们就对其产生了相当大的研究兴趣。迄今为止，EPs的产生和传输通常是在一对分布式布拉格反射器制成的平面微腔中实现并进行研究的[5,15-18]。与平面微腔相比，同样能够实现EPs产生传输的微环带形成的闭环微腔，更适用于微型光学器件的集成[19]。然而，微腔中的EPs一般是在低温下实现，而且对实现工艺要求极高，这就为研究EPs的特性带来了一定的难度，很多科学家都希望能在常温下实现对EPs的研究。2010年KenTakazawa等人在常温下EPs的研究中取得了突破性的进展[20]。他们发现用波长为405nm的激光激发曲率半径小于几微米的TC纳米线，发现在纳米线的两端能观察到荧光光斑[13,21]，如图1-3所示。这说明纳米线的折射率非常高，进而说明弯曲度很大的纳米线也能充当有源光波导传输荧光
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-3-图1-3弯曲纳米线的荧光[26]从图1-4(a)中可以看出，利用FL显微镜技术测量的不同长度纳米线的荧光光谱，通过公式计得到||n(ω)值，并且在能量接近2.6eV时||n(ω)的数值超过10，此数值对于介质波导来说是一个非常大的值。因为EPs的产生会引起介质波导的折射率大幅提高，所以KenTakazawa等人认为||n(ω)的这种异常行为强烈表明了在常温下有机纳米线中能够产生EPs。从图1-4(b)中可以看出||κ(ω)在2.5eV时几乎为零，但在2.55eV时开始急剧增加，这表明能量低于2.5eV时，EPs在传输过程中衰减很低，高于2.55eV衰减急剧增加。图1-4(a)TC纳米线的折射率的实部和虚部，(b)TC纳米线的折射率的虚部[20]同年，KenTakazawa等人又通过测量纳米线聚集体的反射光谱进一步得到了纳米线中EPs形成的证据。在EPs模型中，由于激子横向分裂能(TE)和激子纵向分裂能(LE)之间的能量隙被阻断，所以入射能量在TE和LE之间的光在晶体表面被
本文编号：3539193
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