金属表面、光学多层膜和谐振腔对量子点光学性质的调制特性研究

发布时间:2018-07-11 14:31

  本文选题:量子点 + 金属表面 ; 参考:《东南大学》2016年博士论文


【摘要】:受益于量子限域效应,半导体量子点具有很高的荧光量子产率和较大的三阶非线性极化率,可广泛应用于发光二极管、全光开关和量子点激光器等领域。如果将它们与金属表面、光学多层膜和谐振腔等特定的器件相结合,这些器件能够通过增强量子点周围的光子态密度或局域场强度来增强量子点的荧光量子产率和非线性光学响应,从而进一步提高量子点的光学性能。本论文着重研究这些器件对胶体半导体量子点光学性质的调制及其应用。我们制备了一个系列的具有不同SiO_2壳厚的Ag/SiO_2/CdS-ZnS核/壳/壳等离子体耦合器,通过调节CdS-ZnS核-壳量子点与Ag纳米粒子之间的距离来调制富含表面态的CdS-ZnS量子点的荧光发射。当SiO_2壳厚为10nm时,我们同时实现了带边发射(4倍)和表面态发射(17倍)的最大增强并且将表面态发射与带边发射的强度比增加至55%,实现了单一尺寸量子点的明亮的白光发射。实验结果分析表明荧光增强主要来源于对非辐射弛豫速率(k_(nr))的抑制。我们利用内置CdSe-ZnS核-壳量子点的SiO_2(SiO_2:QDs)层和TiO_2层作为交替层,制备了5个周期的全介质光学多层膜。由于光学多层膜的局域场增强特性,光学多层膜中SiO_2:QDs层的非线性折射率(n~2)是单层SiO_2:QDs薄膜的近3倍。由于光致折射率变化引起的禁带边移动,光学多层膜的透过率变化是单层SiO_2:QDs薄膜的~17倍。在30 GW/cm~2的飞秒激光的激发下,光学多层膜的透过率可下降80%。飞秒泵浦探测实验表明光学多层膜光开关的响应时间为~400 fs。我们制备了壳厚为15个CdS单层的"巨型" CdSe-CdS核-壳量子点,并致力于通过飞秒激光退火消除界面势垒,进而使放大自发辐射从类似体材料的CdS壳转移到量子限域的CdSe核。除643 nm的放大自发辐射峰外,我们还观察到了两个短波长的放大自发辐射峰,它们对应于涉及CdSe核的第二个(1P)和第三个(1D)电子量子化的壳的光学跃迁,这表明俄歇复合被非常有效地抑制。此外,我们还制备了一个系列的壳厚可控的纯纤锌矿相CdSe-CdS核-壳量子点。受益于体积的增加、电子-空穴空间部分分离和几乎没有缺陷的合金界面,随着壳厚的增加,这个系列的量子点的俄歇速率减小了 3个数量级以上。因此,壳厚为11个CdS单层的量子点的放大自发辐射阈值低至16 μJ/cm~2。超快瞬态吸收光谱表明纯相量子点的光增益具有创纪录的长寿命(1000ps)和巨大的带宽(170nm)。最后,我们将具有低阈值增益特性的纯相量子点自组装成咖啡环微腔,从而得到超低阈值(~2μJ/cm~2)的单模激光发射。
[Abstract]:Due to the quantum limiting effect, semiconductor quantum dots have high fluorescence quantum yield and high third-order nonlinear polarizability, which can be widely used in light emitting diodes, all-optical switches and quantum dot lasers. If they are combined with specific devices such as metal surfaces, optical multilayers and resonators, These devices can enhance the fluorescence quantum yield and nonlinear optical response of quantum dots by increasing the density of photon states around the quantum dots or the local field intensity, thus further improving the optical properties of quantum dots. This thesis focuses on the modulation of optical properties of colloidal semiconductor quantum dots by these devices and their applications. We have prepared a series of Ag- / SiO-2 / CdS-ZnS core-shell plasma couplers with different Sio _ 2 shell thickness. We modulate the fluorescence emission of CdS-ZnS quantum dots rich in surface state by adjusting the distance between CdS-ZnS core-shell quantum dots and Ag nanoparticles. When the shell thickness of SiO2 is 10nm, we realize the maximum enhancement of the band edge emission (4 times) and the surface state emission (17 times) at the same time, and increase the intensity ratio of the surface state emission to the band edge emission to 55. The bright white light emission of the single size quantum dot is realized. The experimental results show that the fluorescence enhancement is mainly due to the inhibition of the non-radiative relaxation rate (k _ (nr). Five periods of all-dielectric optical multilayers have been prepared by using the SiOs2: QDs layer and TiOs layer of CdSe-ZnS core-shell quantum dots as alternate layers. Because of the local field enhancement characteristics of the optical multilayer film, the nonlinear refractive index (nb2) of the SiO2: QDs layer in the optical multilayer film is nearly three times that of the SiO2: QDs thin film. Due to the shift of bandgap due to the change of refractive index, the transmittance of the multilayer is 17 times higher than that of the SiO- 2: QDs thin film. Under the excitation of a femtosecond laser of 30 GW / cm ~ (2), the transmittance of the optical multilayer can be reduced by 80%. The experimental results of femtosecond pumping show that the response time of the optical multilayer optical switch is 400 fs. We have prepared the "giant" CdSe-CdS core-shell quantum dots with a shell thickness of 15 CDs monolayers, and we are committed to eliminate the interface barriers by femtosecond laser annealing, thus transferring the amplified spontaneous emission from CDs shells of similar materials to the CdSe nuclei in the quantum limited domain. In addition to the amplified spontaneous emission peak at 643 nm, we also observed two short wavelength amplified spontaneous emission peaks corresponding to the optical transitions of the second (1P) and third (1D) electron quantized shells involving the CdSe nucleus. This suggests that the Auger complex is very effectively suppressed. In addition, we have prepared a series of pure wurtzite phase CdSe-CdS core-shell quantum dots with controllable shell thickness. The Auger rate of the quantum dots decreases by more than three orders of magnitude with the increase of shell thickness and the partial separation of the electron-hole space and the alloy interface with almost no defects. Therefore, the amplified spontaneous emission threshold of 11 CDs monolayer quantum dots is as low as 16 渭 J / cm ~ (-1). The ultrafast transient absorption spectra show that the optical gain of pure phase quantum dots has a record long lifetime (1000ps) and huge bandwidth (170nm). Finally, a pure phase quantum dot with low threshold gain is self-assembled into a caf 茅 ring microcavity, and an ultra-low threshold (2 渭 J / cm ~ (2) single mode laser emission is obtained.
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O471.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 王义全,王传奎;电子在耦合的多量子点器件中的动力学特性[J];量子电子学报;2001年04期

2 谭翠燕,梁汝强,阮康成;量子点在生命科学中的应用[J];生物化学与生物物理学报;2002年01期

3 孟磊,宋增璇;量子点在生物医学中的应用[J];生物化学与生物物理进展;2004年02期

4 牟颖,王楠,金钦汉;量子点在生命科学中的应用及其进展[J];微纳电子技术;2004年06期

5 杨蕊,冀伟,闫玉禧,费强,牟颖,金钦汉;量子点在小鼠体内的生物学分布[J];吉林大学学报(理学版);2005年06期

6 刘玉敏;俞重远;杨红波;黄永箴;;应变自组织量子点的几何形态对应变场分布的影响[J];半导体学报;2005年12期

7 杨红波;俞重远;刘玉敏;;2×2自组织量子点阵列应变场分布的有限元分析[J];北京邮电大学学报;2005年06期

8 陈宏伟,刘红莉,王一理,司履生;量子点:新的荧光标记物质[J];中华病理学杂志;2005年01期

9 吴峰;蔡继业;;基于量子点的荧光共振能量转移的应用[J];化学与生物工程;2007年01期

10 谭君;祝连彩;;量子点在新药开发中的应用[J];生命的化学;2008年06期

相关会议论文 前10条

1 胡德红;武红敏;梁建功;韩鹤友;;量子点与蛋白质相互作用研究[A];第五届全国化学生物学学术会议论文摘要集[C];2007年

2 宋涛;逯超亮;宫晓群;杨秋花;李云红;常津;;量子点荧光编码微球的制备[A];天津市生物医学工程学会第30次学术年会暨生物医学工程前沿科学研讨会论文集[C];2010年

3 杨久敏;宫晓群;张琦;宋涛;刘铁根;李迎新;常津;;小波变换在量子点编码识别中的应用[A];天津市生物医学工程学会第30次学术年会暨生物医学工程前沿科学研讨会论文集[C];2010年

4 李佳涵;葛玉舒;田方方;樊婷;袁莲;刘义;;微量热研究量子点对线粒体代谢的影响[A];中国化学会第十五届全国化学热力学和热分析学术会议论文摘要[C];2010年

5 何治柯;;小粒经近红外低毒水溶性量子点的合成及应用研究[A];中国化学会第十届全国发光分析学术研讨会论文集[C];2011年

6 贾金锋;;全同金属量子点的生长与研究[A];2001年纳米和表面科学与技术全国会议论文摘要集[C];2001年

7 张友林;曾庆辉;孔祥贵;;用于在体高灵敏检测的量子点发光光纤生物传感器[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集(上册)[C];2007年

8 王金嫒;王琛;付国;刘力;王桂英;;量子点的三维取向探测[A];2006年全国强场激光物理会议论文集[C];2006年

9 张家雨;崔一平;王志兵;;胶体量子点的电致发光研究[A];第十七届十三省(市)光学学术年会暨“五省一市光学联合年会”论文集[C];2008年

10 原凤英;蒋最敏;陆f ;;锗硅双层量子点耦合效应的研究[A];第十六届全国半导体物理学术会议论文摘要集[C];2007年

相关重要报纸文章 前10条

1 冯卫东;美研究可高效阻断蛋白生成的量子点技术[N];科技日报;2008年

2 记者 常丽君;韩国造出全彩色量子点显示屏[N];科技日报;2011年

3 记者 曲照贵;天大首创零污染量子点合成工艺[N];中国化工报;2013年

4 刘牧洋;我国量子点研究获新突破[N];光明日报;2003年

5 王全楚;“量子点”荧光标记初露端倪[N];健康报;2005年

6 刘霞;科学实验发现:量子点不是点[N];科技日报;2010年

7 记者 刘霞;量子点显示屏或将成主流[N];科技日报;2010年

8 刘霞;胶体量子点太阳能电池转化效率创纪录[N];科技日报;2011年

9 本报记者 于欢;纳米技术全面升级LED[N];中国能源报;2010年

10 记者马艳红;中科院化学所成功制备量子点荧光微球[N];中国医药报;2005年

相关博士学位论文 前10条

1 王立民;量子点分子及量子点团簇的电子结构[D];北京师范大学;2002年

2 石星波;单个量子点的光学性质研究及其在超高分辨率定位上的应用[D];湖南大学;2012年

3 王解兵;Ⅱ-Ⅵ族油溶性量子点的制备、修饰及应用研究[D];上海交通大学;2013年

4 李钒;高荧光碳量子点的制备及其应用研究[D];中国人民解放军军事医学科学院;2015年

5 周宏明;核壳型量子点的能带结构及其光学非线性[D];武汉大学;2013年

6 黄碧海;基于量子点标记的生物探针构建[D];武汉大学;2012年

7 潘佳奇;半导体ZnSe量子点和碳量子点的制备及其应用[D];兰州大学;2015年

8 卞伟;锰掺杂硫化锌量子点磷光探针研究及分析应用[D];山西大学;2015年

9 胡思怡;基于微流控技术的功能型量子点的合成及应用[D];长春理工大学;2015年

10 梁瑞政;光功能客体/LDHs插层复合材料的构筑及其性能研究[D];北京化工大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 尹芳蕊;纳米颗粒—量子点经嗅觉通路进入中枢神经系统的实验研究[D];内蒙古科技大学包头医学院;2008年

2 许智祥;荧光量子点的制备及应用研究[D];华中科技大学;2007年

3 李秀清;量子点的不同修饰方法对其与牛血清白蛋白的作用的影响[D];华中科技大学;2007年

4 华晓锋;量子点与生物分子的偶联及其应用[D];华中科技大学;2006年

5 李玉丹;单电子隧穿耦合量子点的输运和光学性质[D];山西大学;2011年

6 何至青;水溶性量子点的制备与性能研究[D];武汉理工大学;2012年

7 陈清爱;基于量子点的金属离子检测和碳点的制备及其发光研究[D];福建农林大学;2012年

8 卢鹏;核分析技术在水溶性氧化锌量子点吸收中的应用[D];复旦大学;2012年

9 张翼飞;锗硅单量子点的耦合和瞬态电学性质研究[D];复旦大学;2010年

10 赵潇;一种纳米级碳量子点的合成、修饰、表征及生物学评价[D];华东师范大学;2015年



本文编号:2115506

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/2115506.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户e4b7d***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com