ZnO复合微球的可控制备及光电性能与生物传感
发布时间：2021-08-15 13:31
回音壁模（WGM）微腔能使光在高折射率介质内壁形成全反射,不仅保证了光学增益回路的有效形成,大大降低了光学散射与透射带来的损耗,并可获得低阈值和高品质因子,在激光、生物探测以及量子物理等领域中具有广阔的应用前景。在众多WGM微腔结构中,各向同性的微球结构更有利于减小光学损耗,提高微腔品质。氧化锌（ZnO）具有直接带隙宽、激子束缚能高、折射率高、形貌可控、制备方法简单和生物相容性好等优点,对称几何形状的ZnO是一种天然的WGM微腔材料,且不需要增益介质。如何制备ZnO微球并有效控制微球的结晶性和表面粗糙度,提高ZnO微腔性能,并结合实际应用领域制备各种ZnO复合微腔,成为一个很有意义的研究课题。随着等离激元光子学（Plasmonics）的发展,表面等离激元增强半导体材料的性能引起了人们的广泛关注。光激发引起金属表面自由电子的集体振荡,能够将光场能量高度局域在表面,并表现出极强的近场增强特性,与微腔表面传播的倏逝波发生高效耦合,实现发光增强和吸收增强。这一奇特的物理效应,能有效提高ZnO材料的本征发光效率以及对光的利用率,对设计和构建新型光电子器件和生物传感器有着巨大应用前景。本文旨在利用...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
（A）英国伦敦圣保罗大教堂室内图（B）北京天坛回音壁
第一章绪论3时间的局域在微腔内形成回音壁模式的一类介质谐振腔。由于其特有的回音壁模式，使其具有超高Q值、极小的模式体积、超高的能量密度和极窄的线宽等优越特性，从而成为最典型的一类光子器件。基于上述优势，WGM微腔的相关研究已引起世界范围内学者们的广泛关注。二十世纪末期，关于WGM的研究迎来发展时期。1992年，研究者S.L.McCall等[21]通过选择性刻蚀技术加工出一种微米盘结构实现了低阈值单模激光，如图1.2（A）和（B）所示。1996年，研究者V.Sandoghdar等[22]用熔融烧蚀法制备出掺铷的SiO2微球，得到了超低阈值的激光并观察到阈值的线性变化如图1.2（C）和（D）所示。图1.2（A）InP/InGaAsP微米盘及其（B）单模激光（C）掺铷SiO2微球激光模式及其（D）阈值的线性变化[21,22]1997年，光学领域的研究学者通过时域有限差分法(FDTD,Finite-DifferenceTime-Domain)模拟计算了波导耦合单模环和WGM微盘谐振器。研究者们已经不满足于实验现象，开始尝试通过各种手段调控WGM微腔模式。[23,24]WGM微腔根据光线在腔内壁上的全反射原理，能将某些特性波长的光长时间地限制在腔内循环传播。目前光学介质微腔的形状也丰富多样，主要包括微球、微盘、微环和其它规则的几何形状包括六角形的微米棒、微米碟和微米针等等。[25-33]构成微
东南大学博士学位论文4腔材料的物态包括固体和液体，材料种类也涵盖了无机材料和有机材料。1.1.2回音壁模微腔的材料种类及特点早期提出的WGM微腔一般具有对称结构，这些微腔具有极高的Q值和很小的模式体积。针对回音壁微球谐振腔的理论基础和制备方法的研究开始较早，在科学家ArthurA.等[34]热实验研究的启发下，钱世雄等研究者[35]在微小的球形水滴中观测到了低阈值激光。接着为了进一步克服液滴谐振腔的不稳定性，研究者们制备出固态微球，在微球腔中得到了高品质激光。光谱共振位置主要取决于谐振器的几何形状（例如尺寸、球形度）和基本光学性质，但是周围折射率、吸收率以及经过加工处理过程后的表面粗糙度等也会对其造成很大差异，因此不同材料制备出的微腔性质差别也很大。目前制备微腔的材料主要包括以下几种：（1）液体类材料图1.3（A）柔性半球微谐振器的激光（B）染料/PDMS液滴的WGM微腔[36,37]2012年，Sun等[36]研究者制备了一种自组装的柔性液体微谐振器，在室温光学泵浦时表现出优异的WGM激光特性，如图1.3（A）所示。他们利用疏水
本文编号：3344642
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
（A）英国伦敦圣保罗大教堂室内图（B）北京天坛回音壁
第一章绪论3时间的局域在微腔内形成回音壁模式的一类介质谐振腔。由于其特有的回音壁模式，使其具有超高Q值、极小的模式体积、超高的能量密度和极窄的线宽等优越特性，从而成为最典型的一类光子器件。基于上述优势，WGM微腔的相关研究已引起世界范围内学者们的广泛关注。二十世纪末期，关于WGM的研究迎来发展时期。1992年，研究者S.L.McCall等[21]通过选择性刻蚀技术加工出一种微米盘结构实现了低阈值单模激光，如图1.2（A）和（B）所示。1996年，研究者V.Sandoghdar等[22]用熔融烧蚀法制备出掺铷的SiO2微球，得到了超低阈值的激光并观察到阈值的线性变化如图1.2（C）和（D）所示。图1.2（A）InP/InGaAsP微米盘及其（B）单模激光（C）掺铷SiO2微球激光模式及其（D）阈值的线性变化[21,22]1997年，光学领域的研究学者通过时域有限差分法(FDTD,Finite-DifferenceTime-Domain)模拟计算了波导耦合单模环和WGM微盘谐振器。研究者们已经不满足于实验现象，开始尝试通过各种手段调控WGM微腔模式。[23,24]WGM微腔根据光线在腔内壁上的全反射原理，能将某些特性波长的光长时间地限制在腔内循环传播。目前光学介质微腔的形状也丰富多样，主要包括微球、微盘、微环和其它规则的几何形状包括六角形的微米棒、微米碟和微米针等等。[25-33]构成微
东南大学博士学位论文4腔材料的物态包括固体和液体，材料种类也涵盖了无机材料和有机材料。1.1.2回音壁模微腔的材料种类及特点早期提出的WGM微腔一般具有对称结构，这些微腔具有极高的Q值和很小的模式体积。针对回音壁微球谐振腔的理论基础和制备方法的研究开始较早，在科学家ArthurA.等[34]热实验研究的启发下，钱世雄等研究者[35]在微小的球形水滴中观测到了低阈值激光。接着为了进一步克服液滴谐振腔的不稳定性，研究者们制备出固态微球，在微球腔中得到了高品质激光。光谱共振位置主要取决于谐振器的几何形状（例如尺寸、球形度）和基本光学性质，但是周围折射率、吸收率以及经过加工处理过程后的表面粗糙度等也会对其造成很大差异，因此不同材料制备出的微腔性质差别也很大。目前制备微腔的材料主要包括以下几种：（1）液体类材料图1.3（A）柔性半球微谐振器的激光（B）染料/PDMS液滴的WGM微腔[36,37]2012年，Sun等[36]研究者制备了一种自组装的柔性液体微谐振器，在室温光学泵浦时表现出优异的WGM激光特性，如图1.3（A）所示。他们利用疏水
本文编号：3344642
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/yxlbs/3344642.html
教材专著
