无机钙钛矿微纳结构的超快荧光性质
发布时间：2021-08-27 22:46
钙钛矿材料是具有类似CaTiO3晶体结构的化合物。作为一种功能性能源材料,由于其宽带的光吸收,大的振子强度和出色的电荷传输能力在光伏产品中表现出出色的性能,并且已经在高效太阳能电池,多参量光发射器,微型多色激光器等领域得到广泛的应用。但将钙钛矿材料运用到超快信息存储领域却少有人研究。本论文研究全无机钙钛矿微纳结构的受激辐射和腔增强超荧光效应,以及上述效应所展现出的超快荧光性质。并基于钙钛矿微型激光器实现了高带宽光学编码,使钙钛矿在光信息技术领域得到全新的应用。首先,基于钙钛矿微米/亚微米球状结构的光学微腔实现了高质量的单模激光输出。其中受激辐射机制能加快粒子辐射跃迁速率,但这种超快的荧光辐射性质通常只被当做激光辐射的一个重要特征进行表征,本论文提出利用此特性发展超快光学编码的应用方案。论文研究了荧光辐射过程的寿命,偏振的超快响应能力和利用双光子非线性吸收实现的发光时间线形调控能力。结合这些超快的荧光性质,利用其辐射核心的不同状态（即自发状态和受激状态）实现多参量超快光学编码。这种兼具光源和光学编码功能的微结构具有以下优越性能:1)基于钙钛矿核心的太赫兹编码在小型化...
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
钙钛矿晶体结构示意图
华东师范大学大学博士学位论文5除了受激辐射能加快粒子的辐射速率，超荧光也是加快粒子辐射速率的手段之一。然而超荧光需要高密度的耦合粒子，在固体体系中实现难度大。本文不仅在固体体系中实现了超荧光，而且还结合了光学微腔的特点，设计了量子点超晶格微腔样品。我们第一次在实验上证明了此种样品的受激放大过程不受粒子数反转条件的限制，样品里面激子的耗散时间可以近似看做腔增强超荧光的弛豫时间，都在皮秒量级。这些超快的荧光光学性质可以运用到太赫兹编码领域，其可调带宽高达0.1THz。以上通过控制辐射源本身的辐射状态进行编码，区别于后期调控输出光场的被动编码方式。本文将光源发光和编码操作结合，发展出无源调制编码不具备的独有功能，并给出了节省编码能耗的可行方案。1.3实现效果与特色图1.2基于钙钛矿微纳结构的编码演示本论文在概念上提出并在实验上实现了基于单个钙钛矿球状结构微腔或量子点超晶格微腔的超快光学编码，其可调带宽高达0.1THz。从而将钙钛矿材料的应用疆界拓展到超快信息处理领域，如图1.2所示。这种基于光学微腔激射效应或腔增强超荧光效应的超快编码方案，可作为一种范式应用到其他新型发光材料和多种形貌的微纳结构体系，为开发超快光通信编码器件和微区集成的高带宽光芯片奠定基矗
华东师范大学大学博士学位论文9第二章物理模型及基础概念2.1激子通常来讲，电子和空穴在库仑力相互作用下能形成一个空间上的束缚态，我们把这样一个电子空穴对的复合体称之为激子。在半导体中，如果一个电子从价带被激发到导带上时，会在价带内产生一个空穴，同时在导带上产生一个电子，这样就可以形成一个电子空穴对。由于空穴带的是正电荷，电子带的是负电荷，所以它们之间的库仑相互吸引作用会在一定条件下使它们束缚在一起，而形成固体材料中一种重要的元激发。激子通常可分为万尼尔（Wannier）激子和弗伦克尔（Frenkel）激子[32-34]，如图2.1所示。图2.1半导体材料中激子的示意图。a.弗伦克尔激子。b.万尼尔激子。灰色周期排列的圆点表示材料的晶格弗伦克尔激子中电子与空穴之间的距离很近，库伦作用力强。即使它在晶体中运动时，电子始终与空穴紧密相连，所以大多数弗伦克尔激子的波尔半径小于或等于晶格常数、束缚能在100到300meV之间，通常存在于有机半导体与离子晶体中。而万尼尔激子中电子与空穴之间的间距大，库伦相互作用力相对较弱，束缚能大约只有10meV。处理万尼尔激子的时候，我们可以忽略半导体晶格周期势场对它的影响，近似为一个自由的电子空穴对，电子空穴之间的束缚能可以类比氢原子模型。万尼尔激子的有效质量M可以用电子（me）与空穴（mh）的有效质量来表示：
本文编号：3367247
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
钙钛矿晶体结构示意图
华东师范大学大学博士学位论文5除了受激辐射能加快粒子的辐射速率，超荧光也是加快粒子辐射速率的手段之一。然而超荧光需要高密度的耦合粒子，在固体体系中实现难度大。本文不仅在固体体系中实现了超荧光，而且还结合了光学微腔的特点，设计了量子点超晶格微腔样品。我们第一次在实验上证明了此种样品的受激放大过程不受粒子数反转条件的限制，样品里面激子的耗散时间可以近似看做腔增强超荧光的弛豫时间，都在皮秒量级。这些超快的荧光光学性质可以运用到太赫兹编码领域，其可调带宽高达0.1THz。以上通过控制辐射源本身的辐射状态进行编码，区别于后期调控输出光场的被动编码方式。本文将光源发光和编码操作结合，发展出无源调制编码不具备的独有功能，并给出了节省编码能耗的可行方案。1.3实现效果与特色图1.2基于钙钛矿微纳结构的编码演示本论文在概念上提出并在实验上实现了基于单个钙钛矿球状结构微腔或量子点超晶格微腔的超快光学编码，其可调带宽高达0.1THz。从而将钙钛矿材料的应用疆界拓展到超快信息处理领域，如图1.2所示。这种基于光学微腔激射效应或腔增强超荧光效应的超快编码方案，可作为一种范式应用到其他新型发光材料和多种形貌的微纳结构体系，为开发超快光通信编码器件和微区集成的高带宽光芯片奠定基矗
华东师范大学大学博士学位论文9第二章物理模型及基础概念2.1激子通常来讲，电子和空穴在库仑力相互作用下能形成一个空间上的束缚态，我们把这样一个电子空穴对的复合体称之为激子。在半导体中，如果一个电子从价带被激发到导带上时，会在价带内产生一个空穴，同时在导带上产生一个电子，这样就可以形成一个电子空穴对。由于空穴带的是正电荷，电子带的是负电荷，所以它们之间的库仑相互吸引作用会在一定条件下使它们束缚在一起，而形成固体材料中一种重要的元激发。激子通常可分为万尼尔（Wannier）激子和弗伦克尔（Frenkel）激子[32-34]，如图2.1所示。图2.1半导体材料中激子的示意图。a.弗伦克尔激子。b.万尼尔激子。灰色周期排列的圆点表示材料的晶格弗伦克尔激子中电子与空穴之间的距离很近，库伦作用力强。即使它在晶体中运动时，电子始终与空穴紧密相连，所以大多数弗伦克尔激子的波尔半径小于或等于晶格常数、束缚能在100到300meV之间，通常存在于有机半导体与离子晶体中。而万尼尔激子中电子与空穴之间的间距大，库伦相互作用力相对较弱，束缚能大约只有10meV。处理万尼尔激子的时候，我们可以忽略半导体晶格周期势场对它的影响，近似为一个自由的电子空穴对，电子空穴之间的束缚能可以类比氢原子模型。万尼尔激子的有效质量M可以用电子（me）与空穴（mh）的有效质量来表示：
本文编号：3367247
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