一、量子阱平面光学各向异性的偏振差分反射谱研究（论文文献综述）
杨凯旋[1]（2021）在《基于全介质的人工微结构光子器件研究》文中研究说明超材料具有自然界中常规物质所不具备的超常物理性质,在纳米光子学中是一个重要的研究方向。超材料能够突破衍射极限并且响应波段可调控,在生物医疗、成像、光伏等领域都有很大的应用前景。而近年来基于全介质的超材料因为具有损耗小、稳定性高等优势,成为当前超材料的一项研究热点。以下是本篇论文的主要工作:1.设计了一种基于全介质SiO2的单通道完美吸收结构。通过数值分析计算得出结果,这一吸收器在波长为2.14μm处实现了对电磁波超过98%的光吸收,相应的半高宽为20 nm,这一结构还具有对偏振光不敏感的性能。增加单通道吸收器中SiO2圆盘的高度和半径,相应的工作波段会在短波红外内发生红移。在单通道吸收器的基础上设计了一种双通道吸收器,在2.63μm处吸收率达到92%在2.22μm处吸收率达到87%,相应的半高宽分别为22 nm和5 nm。2.利用超材料的选频特性以及多孔硅对水的吸附性,设计了一种基于全介质SiO2-介质-金属的湿度传感器,结果表明当湿度增大引起多孔硅的介电常数增大,可以得到发生较大红移的反射曲线,共振波长的吸收率和工作位置会发生明显的改变,适合用来进行湿度探测。3.设计了一种基于全介质SiO2的宽带完美吸收器结构。借鉴多层膜原理对工作在长波红外处的SiO2吸收器进行波段拓宽,最终实现在8.16～9.61μm之间吸收率超过90%,半高宽为2.26μm。这一结构在入射光角度达到70ο之内都能保持良好的吸收形貌,吸收率能够超过70%的同时保持吸收带宽几乎不变。4.设计了一种全介质SiO2-介质-金属红外量子阱探测器光耦合结构。在波长为14.5μm左右即甚波长波段实现电磁波吸收,可以得到超过90%的光吸收。通过改变不同参数进行计算比较,可以得到结构的吸收效率变化以及吸收波段的改变仅与介质层的厚度相关,其余参数对结构的性能影响较小,通过电场增强模型我们可以看出吸收率受到介质层厚度和介电常数变化的影响。
储泽世[2]（2021）在《集成式量子阱红外圆偏振探测研究》文中指出红外偏振探测可增强微弱目标的探测,大幅抑制云雾和杂散光的干扰,提高目标清晰度,在遥感探测、气象监测、抗干扰成像、分子手性检测和空间光通信等领域具有重要应用。在多种红外偏振探测途径中,片上集成的像元分离型偏振探测器可实时对目标探测,避免机械运动,具有结构简单,稳定性高,集成化,小型化的优点。圆偏振探测在抑制云雾以及杂散光的气象监测、手性分子检测和空间光通讯等领域具有重要应用。但是,新型的微型圆偏振器件与探测材料集成的物理原理、理论方法、调控机理等尚属空白,红外偏振器件的性能和偏振消光比等关键性能有待提升。量子阱红外探测器的材料与器件工艺十分成熟,具有均匀性高、可重复性、易于集成高等优点,是低成本、大面阵高性能红外偏振（线偏振、圆偏振）焦平面探测更好的选择。但是量子阱红外探测器基于导带的子带间跃迁机理导致其量子效率偏低,这制约了量子阱红外探测器的发展。随着手性超材料、介质超表面和微纳技术的发展,可对光的振幅、相位、偏振与光子模式有效操控。这为集成式红外圆偏振探测器提供了新的途径。本论文主要利用非对称超材料、等离激元微腔和介质超表面等光子微纳结构实现了集成式量子阱红外圆偏振探测,并有效增强探测器性能。论文主要研究了:基于非对称超材料的集成式量子阱红外圆偏振探测器,端面刻蚀的等离激元微腔共振模式提高量子阱红外探测器性能,基于介质超表面的双折射效应实现红外圆偏振探测,主要创新性结果如下:1、为实现高消光比的集成式红外圆偏振探测,构建了非对称超材料与各向异性光电材料集成的红外圆偏振探测器,有效提高了圆偏振消光比与材料的光耦合效率。非对称超材料在左旋光（LCP）入射下的反射光同向极化与交叉极化电场相干相消,在微腔中产生电场z方向分量的表面等离激元模式（SPP）,而在右旋光（RCP）入射下的反射场相干相长,不能激发SPP模式。当各向异性材料的偏振吸收方向与激发的光学模式的极化方向一致,可提高对LCP的吸收。而各向异性材料在其它方向的吸收很低甚至为零,则极大的抑制了对RCP的吸收,从而提高了圆偏振光的消光比并增强了材料的光吸收。在峰值响应波长为10.55μm的量子阱红外探测器上集成了非对称超材料,其峰值响应率为0.32 A/W,比侧面45°斜角磨面器件的响应率提高了一个数量级,圆偏振消光比达到3.6。这种圆偏振辨别红外探测器可与线偏振探测器集成实现全斯托克斯偏振成像,可以增强目标识别,并可以应用于圆偏振光通讯,具有广阔的应用前景。2、针对提高量子阱红外探测器性能,研究了端面刻蚀的等离激元微腔量子阱红外探测器（PC-QWIP）。等离激元微腔可以将入射光有效耦合到亚波长微腔中并极大的提高量子阱激活区的Ez电场强度,从而显着提高量子阱的光电转换量子效率。但这种结构为实现有效的光耦合,量子阱的层数很有限,量子阱的吸收有限,存在很大的欧姆损耗。基于耦合模理论,端面刻蚀可以使PC-QWIP更接近临界耦合状态,同时增加量子阱层数可以增加量子阱的吸收率并降低欧姆损耗。基于该原理的端面刻蚀的PC-QWIP在峰值波长15.5μm处的响应率为5.5 A/W,是未刻蚀的PC-QWIP响应率的2.2倍,是侧面45°斜角磨面器件的12倍。由于刻蚀导致光敏区域的减小,器件的暗电流减少了32%。这种方法对光电探测器性能的提高具有重要意义。3、基于介质超表面的双折射效应构建了一种介质超表面集成的高消光比的量子阱红外圆偏振探测器。建立了一种高性能的介质超表面,利用双折射效应与低损耗特性实现了将入射的圆偏振（左旋光或右旋光）分解成两个高透过率且互相垂直的线偏振光。将具有线偏振辨别能力的表面等离激元增强的量子阱探测器（SPQWP）与介质超表面集成并将夹角设置为45°（或135°）即可实现对左旋光（或右旋光）的探测。采用有限元数值模型计算了集成器件的红外圆偏振吸收谱,这种介质超表面集成的量子阱圆偏振探测器对左旋光的耦合效率达到96%,量子阱的峰值吸收达到28%,而量子阱对右旋光的吸收被抑制得非常低,使得在11.5μm处的圆偏振消光比达到64。数值模型的结构可通过量子阱焦平面工艺实现,可与具有线偏振辨别的SPQWP集成实现全斯托克斯偏振成像。
郭尚坤[3]（2021）在《基于人工微纳结构增强二维材料光吸收和红外探测的研究》文中研究指明自石墨烯首次发现以来,其优异的电学、光学特性受到人们的广泛关注。由于石墨烯具有宽带吸收以及高载流子迁移率的特性,使其在光电探测领域备受瞩目。随着材料制备技术的发展,类比二维石墨烯材料,涌现出了具有各种特性的新型二维材料,它们由于受到纵向尺度的量子限制,展现出了很多传统半导体所不具备的优异光电性能,这极大的吸引了基于二维材料光电器件的兴趣。然而,原子层级别的厚度的光程使得二维材料的光吸收受限,这是本征二维材料光电器件低响应率的关键因素。近年来,通过微纳光子学结构调控光与物质相互作用,进而增强二维材料吸收,正成为提高二维材料光电器件性能的一种新的发展趋势。本论文主要围绕利用微纳结构调控二维材料光耦合从而增强光吸收和光响应开展研究,从理论和实验上分析了集成微纳光耦合结构二维材料器件光吸收和光响应增强的物理机理,揭示了光耦合结构增强光与二维材料相互作用的内在机制,实现了器件自驱动光响应增强以及二维材料高带宽的完美光吸收性能等。主要创新性的结果如下:1.建立了石墨烯和等离激元微纳谐振腔的集成结构,通过实验数据获得材料的电磁参数,基于有限元电磁场计算方法,理论实现了将入射光完全耦合到复合结构中,强烈的局域光场使得石墨烯吸收得到了明显提高。数值结果表明,石墨烯在共振波长处的吸收率提高至23%,局域模式的最大电场是入射光的35倍以上。相较于传统亚波长光栅集成石墨烯结构的局域场提高了8倍以上。2.为了实现金属-石墨烯-金属的类场效应晶体管红外探测器件的自驱动光响应,我们提出利用非对称集成的等离激元微纳谐振腔,打破局域场增强的对称性,使得石墨烯的光耦合呈现非对称分布。在与耦合天线复合的一端电极处,由于石墨烯与金属结区局域光场增强以及结区面积的增大,使得此处光响应显着提高;而在没有耦合天线但仍具有底部介质层与金属平面的另一端电极处,由于石墨烯受到底部近距离金属平板对光场的抑制作用,降低了金属与石墨烯结区附近的光吸收。最终,两端电极-石墨烯接触结区处,分别的光响应对比度高达105倍。这种超高对比度远远超过之前国内外的相关研究成果。基于这种非对称光响应的超高对比度,我们在红外泛光条件下,几乎零偏压下,实现了显着的净自驱动光响应。相较于一般耦合光栅集成石墨烯器件,等离激元微纳谐振腔集成的石墨烯器件红外光响应提高一个量级以上。3.通过控制顶部金属微结构的宽度,改变谐振腔的腔长,从而实现了等离激元微纳谐振腔集成的石墨烯红外探测器峰值探测波长的调谐。实验表明,通过改变金属微结构条带宽度,复合结构器件峰值光响应从1.3μm红移至1.65μm,光响应共振峰的带宽约为200～300 nm。此外,复合结构器件响应时间小于几个微秒,偏振消光比最高可达30,其光响应机制归因于光热电效应。4.揭示了局域场的极化方向与二维材料各向异性的光吸收的匹配对于二维材料光耦合的重要作用,获得了基于局域场极化方向与二维材料主吸收方向的匹配调控和体系临界耦合调控共同作用大幅提高二维材料光吸收率,并抑制金属耦合结构的光吸收损耗。我们研究了一种常见的光耦合结构,即金属-介质-金属（MIM）结构,证明了它有两种形式:局域场极化方向主要垂直于多层结构平面的磁谐振器形式和局域场极化方向主要平行于多层结构平面的超表面索尔兹伯里屏形式。当超表面索尔兹伯里屏形式的MIM结构与石墨烯结合时,局域场极化方向主要平行于石墨烯平面（即沿石墨烯的主吸收方向）,石墨烯的峰值吸收率在THz波段接近100%,在中红外波段接近90%。与局域场极化方向主要垂直于石墨烯平面（即与石墨烯主吸收方向正交）的磁谐振器形式相比,超表面索尔兹伯里屏形式使石墨烯的光吸收率增强效果提高了1.6～4.2倍,共振吸收增强带宽提高了3.6～6.4倍,金属损耗降低了7.4～24倍。对于单层黑磷（BP）,超表面索尔兹伯里屏形式的MIM结构将BP在3.5μm波长处的吸收率从0.44%提高到31%,比磁谐振器形式的吸收率高5.4倍。另外,带宽也是原来的1.8倍。此外,超表面索尔兹伯里屏形式将单层Mo S2在可见-近红外范围（415 nm到800 nm）的平均吸收率从7.3%提高到68.1%,比磁谐振器形式诱导的吸收率高4.4倍。超越临界耦合的光吸收提高归因于平面内的偏振光场,它有助于二维材料在光吸收竞争中降低了金属的吸收。
王小龙[4]（2021）在《宽调谐偏振稳定半导体激光技术研究》文中研究说明随着当代信息网络技术的飞速发展,人们对高速信息处理、高速信息传输能力、传输容量等方面的需求标准也在不断地提升。可调谐垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL）凭借其独有的圆形对称光斑、低功耗、单纵模、波长连续可调、易于2-D阵列以及低成本等特点,成为了领域内最具核心竞争力的理想光源。但由于VCSEL特殊的圆形对称波导谐振腔以及作为反馈的DBR镜不具备偏振选择功能,偏振模式间的各向异性较弱,使得可调谐VCSEL不具备稳定的单偏振模式输出特性。本文以实现VCSEL稳定的单偏振输出以及宽的调谐范围为目标,从理论与实验上开展了相关研究,设计了三种具有偏振稳定、宽波长调谐范围的新型可调谐VCSEL结构,分别为内腔亚波长光栅结构、顶部波状反射镜结构以及内腔液晶结构。在对可调谐VCSEL器件相关工艺研究的基础上,制备了基于内腔亚波长光栅结构的可调谐VCSEL器件,并对器件的输出特性进行了测试与分析。具体的研究工作及相关研究结论如下:（1）在基于内腔亚波长光栅的可调谐VCSEL器件结构研究中,利用亚波长光栅的双折射和抗反射特性,实现对输出偏振模式的控制以及波长调谐范围提升。优化后可调谐VCSEL腔内偏振模式间的共振波长在材料增益谱上实现了最大17.5nm（TE类型）和28nm（TM类型）的波长分离值,可实现稳定的单偏振模式输出。实验制备的器件在20℃时,输出功率为1.6m W,波长调谐范围为22.7nm,正交偏振抑制比（Orthogonal Polarization Suppression Ratio,OPSR）>20d B。（2）在基于顶部波状反射镜的可调谐VCSEL结构研究中,利用波状结构对偏振模式间引入的反射损耗差,实现对输出偏振模式的控制。研究了结构参数对偏振模式反射特性的影响。在研究的基础上,设计了具有高反射率、大反射带宽以及高偏振选择比的波状结构作为可调谐VCSEL的顶部反射镜。在84.5nm的连续波长调谐范围内,TM模式的阈值增益始终大于TE模式,最大增幅超过10倍,使可调谐VCSEL实现了稳定的单偏振模式输出。（3）在基于内腔液晶的可调谐VCSEL结构研究中,设计了具有内部耦合层的新型液晶可调谐VCSEL结构实现对器件自由光谱范围的提升。优化后,波长调谐范围从27.4nm拓展到41.1nm。在偏振特性的研究中,分析了偏振模式间的共振波长与阈值特性随液晶厚度的变化关系,阐明了液晶厚度对影响可调谐VCSEL输出偏振模式的内在机理。
张继业[5]（2021）在《近红外面发射激光器高功率输出及其模式控制的研究》文中研究说明外部光学结构可以作为垂直腔面发射激光器（Vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL）的外腔,使VCSEL的输出功率、光束质量得到提高。外部光学结构可以通过外腔镜、光栅、倍频晶体等等实现相应的功能。外腔镜和垂直腔面发射增益芯片构成光泵浦垂直外腔面发射半导体激光器（Optically-pumped vertical-external-cavity surface-emitting laser,VECSEL）,采用外部光注入的方式使VECSEL产生激光激射。VECSEL综合了面发射半导体激光器和光泵浦固体激光器的优点,在实现高功率输出的同时,还能保证激光具有高的光束质量与良好的光斑形貌。同时,由于这种结构拥有一个灵活的外腔,可以在腔内放置频率转换、波长调谐或锁模功能的各种光学元件,结合半导体材料宽的激光光谱范围,这种外腔式的面发射激光器结构具有极宽的光谱覆盖范围。因此,VECSEL技术一经出现,即获得了人们的广泛关注。VECSEL用的增益芯片内部各外延层无需掺杂,避免了半导体材料掺杂带来的光吸收等问题,但是VECSEL实现高功率输出的关键在于要有高增益的内部发光区结构。本文采用PISC3D商用软件开展了980 nm波段的VECSEL最核心的多量子阱增益区设计,对量子阱增益光谱及其峰值增益与载流子浓度和温度等关系进行系统的理论优化,并对5种不同势垒构型的量子阱增益特性进行对比,采用双侧Ga As P应变补偿的发光区具有更理想的增益特性。通过Sellmeier公式,探讨了作为DBR反射镜的AlxGa1-xAs材料体系,利用传输矩阵分析了VECSEL中的DBR反射镜的反射谱以及微腔中光场强度的分布特性。经过对VECSEL器件的设计和理论仿真,VECSEL器件实现输出功率达到9.82 W,并且没有饱和;通过改变外腔镜的反射率,VECSEL的激射波长随泵浦功率漂移系数由0.216 nm/W降低至0.16 nm/W,说明了外腔镜反射率会影响VECSEL增益芯片内部热效应,进而影响VECSEL的输出功率。所制备VECSEL在两正交方向上的发散角分别为9.2°和9.0°,激射光斑呈现为良好的圆形。通过对比非线性晶体特性,确定采用LBO做倍频晶体,完成了腔内倍频实验,实现了光束质量M2小于2的488 nm蓝光超过3W的激光功率输出。在980nm波段的VECSEL的基础上,开展了1160nm波段的VECSEL器件结构的设计。由于需要采用高In组分的In Ga As材料作为量子阱,导致高应变的产生,容易产生应变积累效应。为解决应变积累效应,提出了二次应变补偿的设计结构,即先用低P组分的Ga As P作为势垒,再采用高P组分的Ga As P作为应变补偿层。在器件完成制备后,在增益芯片控温-20℃时,实现了最大激光功率1.02W的1164nm波长的激射,其在正交方向上的发散角分别为10.5°和11.9°,光斑形貌为圆形对称结构,均匀性较好。在VECSEL谐振微腔中,根据增益谱随泵浦功率的变化特性,通过增益失谐的设计,提出了一种950 nm和1000 nm波长可转换的VECSEL,实现了超过2 W的最大输出功率。随着泵浦功率的增加,光束质量M2的变化趋势在整体上是下降的。这种可切换的波长操作为仅使用线性腔实现高功率双波长发射提供了一种新的可能性。另外,针对传统的VCSEL缺少对偏振特性的控制能力,研究人员采用多种方法来稳定VCSEL的偏振状态,例如使用精细的金属交错光栅、外部光反馈、电光双折射、光子晶体和高对比度光栅等结构。然而,利用这些复杂的工艺实现VCSEL的大规模制造是非常困难的。因此,在本文中,我们通过增强氧化层的各向异性氧化,提出一种带有梭形氧化孔径的VCSEL,能够实现模式和偏振的控制。对于尺寸为2×4.6μm2和3×6μm2的氧化孔径,VCSEL的正交偏振抑制比分别为22 dB和19 dB。对于孔径为2×4.6μm2的VCSEL,在0.5 m W的输出功率下,边模抑制比超过25dB。最后,实现了单横模单偏振的VCSEL的设计和制造。
文政绩[6]（2020）在《平面薄膜堆栈超构材料：理论、模型及应用》文中进行了进一步梳理光在人类认知这个世界过程中扮演着重要的角色,也一直是物理学中重要的研究方向。随着人类对光的本质的不断理解加深,从最初微粒说到波动说再到最终光的波粒二象性的准确描述,引发了多次光学上的重大突破。然而,构成这些光学系统的自然材料的可调控自由度有限,无法对光的振幅、相位以及偏振等诸多性质都进行精确操控,也难以满足现代化高性能、多功能以及小型化的需求。上述问题的出现,促使了人们开始尝试利用由亚波长人工设计的共振体组成的电磁超构材料来调控光。因为由人工结构组成的超构材料具有丰富的光学参数调控自由度,使得其对光的操控能力进一步提高,并且其对外响应多样化,可以产生各种自然材料中所不具备的新奇光学效应,比如负折射等。近年来,其中的一类平面薄膜堆栈超构材料由于其无需复杂光刻、结构简单且功能多样化等优点,正受到越来越多的关注。在第一章,我们将首先概述电磁超构材料的起源、发展以及与其相关的各种新奇现象,然后重点介绍平面薄膜型超构材料的基本概念、光学调控能力和一些相关应用。在第二章,我们研究了一类等离子体薄膜堆栈超构材料的相图调控。首先利用发展的单模单通道耦合模理论结合转移矩阵法,严格推导出了其中两个联系体系对外响应和结构参数的辐射品质因子Qr与吸收品质因子Qa的解析表达式。然后将其应用于等离子体双层、三层以及多层结构体系的理论设计指导,阐明了其内部共振行为的清晰物理图像,并验证了我们所提出的耦合模模型相图的准确性。紧接着,针对耦合模理论描述低品质因子（低Q）共振体系的近似不足,我们提出了应用分波矢量相图分析结合多重散射法对一些低Q体系的共振行为进行分析,并同样地展示了完整的分析相图。在第三章,我们研究了一类全介质薄膜堆栈超构材料的模型理论。针对前人提出的一类深亚波长周期性多层薄膜堆栈超构材料在全反射临界角附近入射时,其局域有效媒质理论描述就会失效的问题,我们提出了利用包含空间色散效应的非局域有效媒质理论去对这种反常的现象进行描述,给出了具体的有效介电常数表达式,并最终通过对比真实转移矩阵法计算出的结果进行验证,吻合的非常一致。进一步地,我们利用推导出的非局域有效媒质理论模型首次研究了这类体系的非局域古斯-汉欣位移效应,并推导出了局域与非局域情况下的古斯-汉欣位移表达式,指明了设计更大位移的思路和方向。在第四章,我们展示了这类平面薄膜堆栈超构材料的三个具体应用:结构色、气敏传感和热辐射。我们先讨论了简单的双层金属-深亚波长高吸收介质结构的结构色产生机制,具有宽色域、角度不敏感的特性。利用矢量相图分析对这种结构的特殊共振行为进行研究,对上述特性进行分析预测,并最终得到实验证实。然后,在此基础上增加一层吸收介质层,利用氧化铜与硫化铜在含有空气的硫化氢气体下的可逆化学反应,做了一个动态可重构的超器件,并应用于硫化氢气敏传感应用展示。最后,基于金属-缺陷介质腔层-一维光子晶体多层结构,再通过耦合模模型理论进行结构设计指导,最终在中波红外10.6μm附近做到了大面积、窄带、高定向的热辐射产生,并用于红外热成像展示。在第五章,我将对论文的工作进行总结,并对未来可能的研究方向进行展望。
郑舟[7]（2020）在《基于液晶微腔的垂直腔面发射激光器特性研究》文中研究说明垂直腔面发射激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL）是一种被广泛应用于光通讯、气体检测以及3D传感等领域的半导体激光器,具有低阈值电流、易于二维集成、高调制速率等优势。为了提高系统的可靠性和稳定性,本文设计了一种振荡波长在900-940 nm附近调谐的内腔液晶可调谐VCSEL。基于时域有限差分法模拟光场在器件中的分布,获得在各种液晶厚度和折射率下激光器的共振波长,并分析了该结构获得宽范围波长调谐和偏振稳定输出的物理特性。设计的液晶可调谐激光器波长调谐范围的模拟结果达到42.4 nm,并对偏振性进行模拟和实验上的分析。主要的研究工作如下:1.结构设计工作:液晶微腔结构设计,包括高对比度光栅和液晶层,和半VCSEL器件结构的设计,包括有源区、分布式布拉格反射镜和共振腔。基于严格耦合波理论设计了一种利用液晶作为低折射率材料的Si/Si O2复合高对比光栅作为上反射镜的内腔液晶可调谐VCSEL,当940 nm TM偏振光入射时,通过优化各项参数得到宽带（Δλ=256 nm）高反射率（R>99%）且具有偏振稳定性的光栅结构,满足VCSEL顶部腔面反射镜的要求。基于传递矩阵法和时域有限元差分法对分布式布拉格反射镜的反射率进行了计算,对反射镜对数、材料折射率对比度和生长顺序分别进行讨论,当材料为Al0.9Ga0.1As/Al0.1Ga0.9As,对数为25对时,结构的反射率超过99%,带宽超过150 nm;基于费米黄金法则,利用PICS3D软件对有源区进行模拟,运用控制变量法得到940 nm时材料增益最大时的量子阱结构参数,得到阱宽为0.007μm、垒宽为0.1μm的In0.17Ga0.83As/Al0.3Ga0.7As量子阱结构在940 nm波长处的峰值增益为4771.2 cm-1;2.调谐及偏振特性研究:通过时域有限元差分法对共振腔的光场分布进行计算,通过优化得到最佳的液晶厚度。当液晶微腔厚度为2002 nm时,器件有最大的调谐范围,当液晶折射率从1.65变化至1.5时,共振波长从936.9 nm变化至894.5 nm处,以915.7 nm为中心,调谐范围为42.4 nm。通过对不同腔长条件下器件的阈值增益进行计算,可以发现器件对不同的入射偏振光有明显的差异,在厚度为2002 nm、液晶折射率在1.7至1.55的变化过程中可以实现偏振稳定输出,并通过实验制备了液晶盒,测试液晶对偏振光的双折射性。
江佳霖[8]（2019）在《硅基张应变锗光源的技术研究》文中研究说明随着信息技术日新月异的的发展以及“大数据”、“万物互联”等概念的提出,当今社会的信息量正呈现爆炸式的增长态势。海量信息的产生,对信息的处理、传输和存储都提出了前所未有的要求。过去的几十年里,信息产业的兴盛得益于集成电路技术的不断进步。然而,随着半导体工艺逐渐接近极限,集成电路的性能提升速度日趋缓慢。另一方面,微电子器件中传统的电互连方式也在高速、高集成密度的情况下表现出性能瓶颈。为了寻求高速、低能耗的信息处理和传输方案,人们开始将目光投向光子学技术。硅基光子学是一个被寄予厚望的技术方向。首先,利用光子技术的高速性、并行性以及低损耗性等优势,电学领域中信息处理和传输的瓶颈问题将迎刃而解。其次,硅光子技术延续了微电子产业长期研发投入的硅材料工艺,即互补金属氧化物半导体（Complementary metal oxide semiconductor,CMOS）工艺,因而能较好地与现有的微电子技术兼容并且具有很低的制造成本。此外,由于其高度集成化的特点,硅光子技术还能在光谱学、传感等领域颠覆传统的光学技术。虽然硅基光子学在过去二十年里取得了令人瞩目的成就,但最为核心的单片集成硅基光源却仍然没有理想的解决方案,这极大限制了硅光子技术的应用与进一步发展。在国家自然科学基金重点项目的资助下,本论文围绕着硅基张应变锗光源,开展了一系列理论分析、器件设计以及实验验证研究,取得的创新性研究成果如下:（1）建立了一套分析应变体材料锗以及应变锗硅量子阱光增益特性的理论模型。该模型包括Γ点和L点附近的能带结构计算、直接带隙光增益计算以及自由载流子吸收计算。基于此模型,能够分析应变以及n型掺杂对材料净光增益谱的影响。因此其可以作为设计应变体材料锗和锗硅量子阱光源的理论框架。（2）计算了单轴张应变、n型掺杂Ge/SiGe量子阱的净光增益谱,并分析讨论了应变量和n掺杂浓度对净增益峰值和透明载流子浓度的影响。理论计算结果表明,单轴张应变将使Ge/SiGe量子阱TE偏振光的增益大于TM偏振光。同时,单轴张应变对材料净光增益有显着的增强作用,对透明载流子浓度有明显的降低作用。在合理的应变量（4%）以及n掺杂浓度下(1×1019 cm-3)下,Ge/Si0.15Ge0.85量子阱的净光增益可达到2061 cm-1。（3）提出了一种基于单轴张应变体材料锗的电驱动分布式布拉格反射器激光器,该激光器利用微桥结构引入张应变,利用水平纵向pn结注入载流子,利用脊形波导和波导侧壁布拉格光栅构成光学谐振腔。结合力学、光学以及半导体电输运仿真,分析了应变量和n掺杂浓度对激光器阈值电流密度以及内量子效率的影响。仿真结果显示,在当前的材料晶体质量下,阈值电流密度为80 kA/cm2,通过优化材料质量可以将阈值电流密度降低到29 kA/cm2。为了与传统垂直注入激光器比较,对电流密度进行了等效校正,等效后的阈值电流密度为4.8 kA/cm2,与双异质结Ⅲ-Ⅴ族半导体激光器在同一量级。（4）对比了单轴张应变体材料锗和锗硅量子阱激光器的阈值特性。提出了基于大反射带宽弧形光栅的DBR谐振腔结构,使器件的制作容差得到较大改善。仿真结果表明,在同等张应变下,锗硅量子阱激光器的阈值电流密度要远高于体材料锗激光器。通过理论计算和仿真分析,解释了锗硅量子阱激光器具有较高的阈值电流密度是因为其Γ点和L点之间的能态数目更大,并且载流子的电注入效率较低。（5）利用悬空微桥结构实现了单轴张应变锗硅量子阱。观察到应变导致的拉曼峰漂移以及光致发光峰红移。光致发光峰从1450 nm移动到1800 nm,据此推测出阱区张应变达到2.1%。同时,还观察到张应变对锗硅量子阱的光致发光有显着增强作用。（6）提出并实现了一种基于水平纵向p-i-n结的单轴张应变锗发光二极管。拉曼映射测试显示,器件的有源区中引入了1.76%的单轴张应变,且应变分布较为均匀。器件表现出良好的电学性能:电流开关比为105,理想因子为1.92。电致发光测试中,观察到直接带隙发光峰从1580 nm移动到1840 nm,与理论计算吻合较好。此外,证实了单轴张应变对锗的电致发光具有增强效应,电致发光积分强度的增强因子为16。该方案为实现低阈值电驱动应变锗激光器提供了一种途径。
毛鹏[9]（2015）在《金属与介质纳米结构的局域耦合、光性质调控及发光器件应用》文中指出纳米结构的奇异光学效应及其应用近年来引起了人们的普遍关注。利用特定形态的金属、介质纳米结构及其复合结构可实现对光学过程如光散射、吸收、透射等的管理和调控,在器件、能源、通信甚至生物医学等领域均具有重要应用。利用介质纳米结构实现各类光电转换器件中的“光管理”,金属纳米结构等离激元增强光学过程,以及基于金属/介质纳米结构复合的“超材料”等均是目前研究的热点。对于介质纳米结构而言,有效折射率是表征其光学特性的关键参量,而有效折射率和纳米结构的特定形貌息息相关,因此,介质纳米结构的可控制备是实现其光管理过程的关键;金属纳米结构增强的光学效应来源于表面等离激元共振现象,表面等离激元增强效应在诸多领域已有深入的应用,如表面增强拉曼、等离激元增强半导体吸收以及等离激元增强发光/光提取等,然而大多增强过程的物理机制还有待进一步探讨。光学效应增强和金属纳米结构本身的性质密不可分,特别是基于等离激元的金属/介质纳米结构的局域耦合近年来引起了人们极大的研究兴趣,由此得到的对电磁波完美操控的超表面在光电转换器件、高灵敏的传感、探测芯片以及隐身涂层等领域都有广阔的应用前景。本文基于以上几方面问题做了以下特定的研究:（1）在纳米结构的制备方面,以团簇束流沉积等手段,探讨了若干特殊形态的金属和介质纳米结构的制备方法;（2）在物理机制研究方面,主要探讨了折射率可调的介质多孔纳米粒子薄膜的光学减反和全内反射光提取过程的物理机制、基于金属纳米粒子点阵实现近场/远场转化过程的物理机制以及基于表面等离激元无序超表面的全吸收物理机制等;（3）应用方面,探讨了折射率可调的介质纳米结构和金属纳米粒子点阵对光电转换器件性能的优化以及全吸收超表面在表面增强拉曼中的应用。所取得的主要结果如下:利用掠角团簇束流沉积技术实现了孔隙率和折射率可控的高折射率介质纳米粒子多孔薄膜的制备。阐明了团簇束流掠角沉积过程中的“自掩膜”效应并用于制备微观上呈柱状堆积形态的多孔纳米粒子薄膜。实验表明,多孔结构的有效折射率可通过其孔隙率调节,而孔隙率则可通过改变沉积角度进行控制,因此,可以通过改变沉积角度可精细调节纳米结构的有效折射率。另一方面,利用团簇束流沉积技术制备了尺寸和覆盖率精细可控的Ag纳米粒子点阵,并将固态薄膜退湿法用于制备大尺寸稀疏纳米粒子点阵,与团簇束流沉积技术形成功能互补。此外,通过系统的实验,给出了利用固态薄膜退湿法制备Ag纳米粒子点阵的“互补相图”,根据相图,只要确定沉积Ag膜的厚度和退火温度即可实现特定形貌纳米粒子点阵的制备。论文研究了介质纳米粒子多孔薄膜的两大光管理（光学减反和全内反射光提取）过程:（1）TiO2纳米粒子多孔薄膜具有增强透射特性,通过在石英玻璃衬底表面制备TiO2纳米粒子多孔薄膜,使其透光率在400～800 nm波长范围内平均增加了2%,该透射增强现象归因于多孔纳米结构的梯度折射率效应。此外,这种宽带的透射增强现象还具有偏振依赖特性,在p-偏振光透射实验中观察到了其透射率的角度选择性,起源于掠角沉积过程中TiO2纳米粒子的各向异性堆积。（2）研究了TiO2纳米粒子多孔薄膜结构的全内反射光提取特性。实验发现,TiO2纳米粒子多孔薄膜能够有效提取受限于介质内的全内反射光,而且提取效率与纳米孔隙分布密切相关:随着孔隙的增大,光提取效率大幅增加。通过分析提取光的光谱分布,发现增强瑞利散射是其全内反射光提取的主导机制;（3）将高折射率介质纳米粒子多孔薄膜作为光提取层制备在GaN基蓝光LED管芯的表面,实现了 LED光致发光92%提升以及电致发光30%的增加。更重要的是,作为LED中的光提取层,这种纳米结构还可以与传统的微米粗化表面方法结合使用,在原有提高的基础上实现出光效率的进一步增加。因此,我们设计了两种微米-纳米多形性复合结构—多重倾斜表面微结构/ZnO纳米粒子多孔薄膜复合结构以及PS微球/ZnO纳米粒子复合结构,用于LED的光提取层,分别使SiC衬底的倒装大功率蓝光LED管芯和Al2O3衬底的大功率LED管芯的出光效率增加了 59%和 77%。。本文还系统研究了 Ag纳米粒子点阵将隐逝场转化为远场辐射的物理机制。定量测量了不同尺寸和覆盖率的Ag纳米粒子点阵的全内反射光提取效率,发现大尺寸的稀疏纳米粒子点阵在能够高效提取全内反射光。借助于FDTD模拟,阐明Ag纳米粒子点阵的等离激元共振光散射是其近场/远场转化过程的主导物理机制,辐射模式可在纳米粒子间距较大的点阵中激发,而纳米粒子间距足够小时将产生传播的等离激元波导模式。此外,实验还发现,在Ag纳米粒子点阵将全内反射产生的隐逝场散射为远场辐射的过程中,背向散射的效率更高。将上述研究结果应用于LED的发光增强,在与LED出光面相反的表面制备大尺寸稀疏Ag纳米粒子点阵作为光提取层,能够有效提取限制在LED内部的全内反射光,并避免对非全反射的出光产生衰减,使LED的电致发光出光功率提高80%以上。研究了 Ag纳米粒子/介质间隔层/Ag膜复合纳米结构的局域耦合及等离激元光学性质。设计并制备了一种通过在覆盖有介质隔离层的Ag膜表面沉积Ag纳米粒子以实现完美吸收的复合结构。实验发现,复合结构超表面的反射率可通过改变结构的几何参数（Ag纳米粒子覆盖率和介质隔离层厚度）加以调节。在特定隔离层厚度和Ag纳米粒子覆盖率下,超表面显示出了几近完美的可见光全吸收特性。全吸收的产生可归因于Ag纳米结构的表面等离激元局域耦合产生的“干涉效应”:由于超结构中同时存在电场共振和磁场共振,而共振时产生的表面电流和表面磁流相互抵消,最终导致了远场的相消干涉。在该耦合结构中,由于存在全吸收和极大的电场增强,可实现增强因子达109量级的表面拉曼增强光谱。
陈涌海,叶小玲,王占国[10]（2002）在《量子阱平面光学各向异性的偏振差分反射谱研究》文中指出在室温下用偏振差分反射谱技术观察到了 Ga As/Al Ga As、In Ga As/Ga As和 In Ga As/In P三种量子阱材料的平面光学各向异性。我们发现 Ga As/Al Ga As量子阱 1 h→ 1 e跃迁的偏振度与阱宽成反比 ,与 In Ga As/In P量子阱的报道结果类似。 Ga原子偏析引起的界面不对称可以很好地解释这种行为。与之相反 ,In Ga As/Ga As量子阱的光学各向异性倾向于与阱宽成正比。目前还不能很好地解释这种现象。
二、量子阱平面光学各向异性的偏振差分反射谱研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、量子阱平面光学各向异性的偏振差分反射谱研究（论文提纲范文）
（1）基于全介质的人工微结构光子器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 人工微结构光子器件简介 |
| 1.2 超材料吸收器简介 |
| 1.3 全介质超材料吸收器研究现状 |
| 1.4 量子阱探测器超材料光耦合简介 |
| 1.5 量子阱探测器全介质超材料光耦合研究现状 |
| 1.6 本文的主要研究内容 |
| 第二章 时域有限差分法 |
| 2.1 麦克斯韦方程组和Yee元胞 |
| 2.2 时域有限差分法的吸收边界条件 |
| 2.3 时域有限差分法的稳定条件 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于全介质的光学完美吸收器研究 |
| 3.1 基于全介质的单通道吸收器研究 |
| 3.1.1 基于全介质的单通道吸收器模型设计 |
| 3.1.2 单通道吸收器的结果和偏振性分析 |
| 3.1.3 单通道吸收器各项参数对比 |
| 3.2 基于全介质的双通道吸收器设计 |
| 3.3 基于全介质的宽带吸收器设计 |
| 3.3.1 宽带吸收器的模型设计 |
| 3.3.2 宽带吸收器的结果分析 |
| 3.3.3 完美吸收器的入射光偏振和角度分析 |
| 3.3.4 宽带吸收器不同参数结果对比 |
| 3.4 基于介质的湿度传感器设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于全介质光耦合结构的量子阱探测器研究 |
| 4.1 量子阱探测器设计 |
| 4.2 量子阱探测器结果和偏振分析 |
| 4.3 量子阱探测器参数分析 |
| 4.4 电场增强效应 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结和展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（2）集成式量子阱红外圆偏振探测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 量子阱红外探测器简介 |
| 1.2 量子阱红外探测器机理与光耦合 |
| 1.3 集成式偏振探测器发展与应用 |
| 1.4 圆偏振辨别研究 |
| 1.5 本论文主要工作 |
| 第2章 等离激元微腔集成量子阱器件实验方法研究 |
| 2.1 量子阱材料生长与集成器件制备 |
| 2.1.1 量子阱红外探测器材料结构 |
| 2.1.2 侧面45°斜角磨面器件制备 |
| 2.1.3 等离激元微腔集成量子阱红外探测器制备 |
| 2.2 量子阱红外探测器测试表征方法 |
| 2.2.1 Ⅰ-Ⅴ测试 |
| 2.2.2 黑体响应测试 |
| 2.2.3 光电流谱测试 |
| 2.2.4 量子阱红外探测器噪声与探测率 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 集成式红外圆偏振探测 |
| 3.1 集成式圆偏振探测研究进展 |
| 3.2 非对称超材料的圆偏振探测理论模型 |
| 3.2.1 非对称超材料的圆偏振辨别机理 |
| 3.2.2 高圆偏振消光比机理 |
| 3.2.3 非对称超材料集成InAsSb纳米线阵列与InAsSb薄膜的比较 |
| 3.2.4 非对称超材料集成量子阱与碲镉汞的比较 |
| 3.3 量子阱红外圆偏振探测实验结果与分析 |
| 3.3.1 侧面45°斜角磨面器件实验结果 |
| 3.3.2 长波量子阱圆偏振探测器设计与实验 |
| 3.3.3 线偏振与圆偏振光实验结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 端面刻蚀的等离激元微腔集成量子阱器件 |
| 4.1 等离激元微腔光耦合研究 |
| 4.2 理论模型与实验方法 |
| 4.3 结果讨论与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 介质超表面集成的量子阱圆偏振探测器 |
| 5.1 表面等离激元增强型量子阱红外线偏振探测器 |
| 5.2 量子阱红外圆偏振探测器设计与分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）基于人工微纳结构增强二维材料光吸收和红外探测的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 二维材料光电探测器的研究发展 |
| 1.2.1 功能结构复合单一二维材料光电探测器 |
| 1.2.2 二维材料异质结光电探测器 |
| 1.2.3 二维材料自驱动光电探测器 |
| 1.3 光学微纳结构增强石墨烯吸收的国内外进展 |
| 1.3.1 微光子学结构增强石墨烯吸收 |
| 1.3.2 金属纳米结构等离激元共振增强石墨烯吸收 |
| 1.4 石墨烯光电探测器的性能指标以及探测机制 |
| 1.4.1 石墨烯FET光电探测器性能指标 |
| 1.4.2 石墨烯光电探测器的探测机制 |
| 1.5 本论文的主要研究内容 |
| 第2章 理论仿真与实验研究方法 |
| 2.1 理论仿真方法 |
| 2.1.1 有限时域差分法(FDTD) |
| 2.1.2 有限元法(FEM) |
| 2.2 石墨烯理论与实验转移和表征方法 |
| 2.2.1 石墨烯理论模型 |
| 2.2.2 石墨烯实验转移 |
| 2.2.3 石墨烯表征方法 |
| 2.3 电子束曝光法制备器件 |
| 2.4 红外光电探测器件实验表征方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 等离激元微纳谐振腔非对称光耦合增强石墨烯自驱动红外探测性能的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 材料转移与器件制备 |
| 3.2.1 石墨烯快速转移 |
| 3.2.2 复合器件与金属光栅集成MGM器件制备流程 |
| 3.3 器件结构以及器件稳定性表征分析 |
| 3.3.1 器件结构 |
| 3.3.2 器件基本物理特性和电学特性表征分析 |
| 3.4 非对称光电耦合增强器件性能的表征与分析 |
| 3.4.1 非对称光电耦合增强红外光响应对比度表征分析 |
| 3.4.2 石墨烯器件能带仿真理论分析 |
| 3.5 实验表征结合电磁仿真分析器件非对称光耦合 |
| 3.5.1 石墨烯的光学仿真 |
| 3.5.2 器件电磁耦合增强红外光响应的理论、实验分析 |
| 3.6 非对称光电耦合实现器件自驱动红外光响应 |
| 3.7 光谱可调谐性红外光响应 |
| 3.8 红外快速光探测以及偏振探测 |
| 3.9 理论结合实验分析复合结构器件红外探测机制 |
| 3.9.1 石墨烯费米能级和塞贝克系数的计算 |
| 3.9.2 石墨烯表面光激发热载流子温升的模拟 |
| 3.9.3 理论结合实验分析器件光探测机制 |
| 3.10 本章小结 |
| 第4章 基于超材料的偏振匹配和临界耦合联合作用增强的二维材料光吸收的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 两种MIM结构临界耦合状态下增强THz波段石墨烯光吸收的对比研究 |
| 4.3 两种结构共振吸收的局域光场偏振匹配定量分析 |
| 4.4 等效电路模型分析超表面索尔兹伯里屏形式的MIM-石墨烯复合结构 |
| 4.5 偏振匹配和临界耦合联合作用增强石墨烯红外范围光吸收 |
| 4.6 偏振匹配和临界耦合联合作用增强单层黑磷中红外范围光吸收 |
| 4.7 偏振匹配和临界耦合联合作用增强单层MoS_2可见-近红外范围光吸收 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）宽调谐偏振稳定半导体激光技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 可调谐半导体激光器概述 |
| 1.1.1 可调谐垂直腔面发射激光器 |
| 1.1.2 可调谐DFB激光器 |
| 1.1.3 可调谐DBR激光器 |
| 1.1.4 可调谐外腔激光器 |
| 1.1.5 V型腔可调谐激光器 |
| 1.2 可调谐VCSEL发展及现状 |
| 1.2.1 850nm波段 |
| 1.2.2 1000nm波段 |
| 1.2.3 1300nm波段 |
| 1.2.4 1500nm波段 |
| 1.3 宽调谐、偏振稳定可调谐VCSEL的研究背景及意义 |
| 1.4 论文的主要研究内容 |
| 第二章 可调谐VCSEL的基本理论与设计 |
| 2.1 VCSEL的结构及其原理 |
| 2.1.1 VCSEL结构 |
| 2.1.2 VCSEL及其波长调谐原理 |
| 2.2 DBR反射镜设计 |
| 2.2.1 DBR工作原理 |
| 2.2.2 传输矩阵法求解DBR反射率 |
| 2.2.3 DBR反射带宽和穿透深度 |
| 2.3 VCSEL谐振腔 |
| 2.3.1 F-P腔标准具方程 |
| 2.3.2 往返程增益和激射阈值条件 |
| 2.3.3 光限制因子 |
| 2.4 光增益 |
| 2.5 模式特性 |
| 2.5.1 纵模特性 |
| 2.5.2 横模特性 |
| 2.6 偏振特性 |
| 2.7 输出特性 |
| 2.7.1 阈值电流密度 |
| 2.7.2 器件效率 |
| 2.7.3 输出功率 |
| 2.8 本章小节 |
| 第三章 基于MEMS技术的可调谐VCSEL研究 |
| 3.1 具有内腔亚波长光栅结构的可调谐VCSEL特性研究 |
| 3.1.1 内腔亚波长光栅可调谐VCSEL结构及工作原理 |
| 3.1.2 亚波长光栅分析理论 |
| 3.1.3 亚波长光栅结构设计 |
| 3.1.4 内腔亚波长光栅可调谐VCSEL特性分析 |
| 3.2 具有波状顶部反射镜结构的可调谐VCSEL特性研究 |
| 3.2.1 波状反射镜可调谐VCSEL结构及工作原理 |
| 3.2.2 波状反射镜分析理论 |
| 3.2.3 波状反射镜结构及优化设计 |
| 3.2.4 波状反射镜可调谐VCSEL特性分析 |
| 3.3 低应力MEMS悬臂结构优化设计 |
| 3.3.1 MEMS悬臂结构建模 |
| 3.3.2 “蝴蝶结”型MEMS悬臂设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于内腔液晶可调谐VCSEL研究 |
| 4.1 液晶特性 |
| 4.1.1 液晶及其种类 |
| 4.1.2 液晶的双折射特性 |
| 4.1.3 液晶分子取向 |
| 4.2 内腔液晶可调谐VCSEL结构及原理 |
| 4.3 内腔液晶可调谐VCSEL特性分析 |
| 4.3.1 波长调谐特性 |
| 4.3.2 偏振特性 |
| 4.4 液晶的电控双折射特性研究 |
| 4.4.1 液晶的电控特性 |
| 4.4.2 液晶电控双折射特性测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 内腔亚波长光栅可调谐VCSEL制备及测试 |
| 5.1 器件制备工艺研究 |
| 5.1.1 工艺流程 |
| 5.1.2 关键工艺研究 |
| 5.2 器件测试与分析 |
| 5.2.1 材料测试 |
| 5.2.2 输出特性 |
| 5.2.3 波长调谐特性 |
| 5.3 本章小节 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间的学术成果 |
| 致谢 |
（5）近红外面发射激光器高功率输出及其模式控制的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 光泵浦垂直外腔面发射激光器 |
| 1.2.1 VECSEL的由来 |
| 1.2.2 VECSEL的优势 |
| 1.2.3 高功率输出的研究进展 |
| 1.2.4 VECSEL的应用 |
| 1.2.5 VECSEL的研究意义 |
| 1.3 电泵浦垂直腔面发射激光器 |
| 1.3.1 VCSEL研究进展 |
| 1.3.2 VCSEL发展与应用 |
| 1.3.3 单模单偏振VCSEL的研究意义 |
| 1.3.4 单模单偏振VCSEL的研究现状 |
| 1.4 本论文的研究目的与研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 VECSEL外延结构设计 |
| 2.1 激光操作原理 |
| 2.2 VECSEL的工作原理 |
| 2.3 外腔:形状和设计 |
| 2.4 增益区的设计 |
| 2.4.1 应变量子阱结构模拟 |
| 2.4.2 量子阱的应变 |
| 2.4.3 增益区的数值模拟 |
| 2.5 DBR反射镜设计 |
| 2.6 周期性谐振增益结构 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 VECSEL外延生长和制备 |
| 3.1 外延生长技术 |
| 3.1.1 VECSEL的外延生长 |
| 3.1.2 外延生长后特性测试 |
| 3.2 VECSEL封装技术研究 |
| 3.2.1 外延片清洗 |
| 3.2.2 表面金属化 |
| 3.2.3 焊接封装 |
| 3.2.4 外延片衬底刻蚀工艺 |
| 3.3 PL光谱和反射谱 |
| 3.4 VECSEL的热管理研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 980nm VECSEL实验研究 |
| 4.1 980nm高功率VECSEL |
| 4.1.1 VECSEL的泵浦方式 |
| 4.1.2 VECSEL输出特性 |
| 4.2 VECSEL倍频特性的研究 |
| 4.2.1 倍频基本原理 |
| 4.2.2 倍频实验研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 1160 nm VECSEL实验研究 |
| 5.1 1160nm VECSEL基本概述 |
| 5.2 应变量子阱结构模拟 |
| 5.3 器件结构设计 |
| 5.4 输出特性分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 波长可转换的高功率VECSEL |
| 6.1 双波长VECSEL基本概述 |
| 6.2 器件的性质 |
| 6.3 输出特性分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 面发射激光器的模式控制 |
| 7.1 VCSEL设计 |
| 7.1.1 器件结构描述 |
| 7.1.2 VCSEL的特性参数 |
| 7.1.3 各向异性侧氧化分析 |
| 7.2 器件制备工艺流程 |
| 7.2.1 光刻技术 |
| 7.2.2 刻蚀工艺 |
| 7.2.3 选择性氧化工艺 |
| 7.2.4 工艺流程 |
| 7.3 测试结果与分析 |
| 7.4 本章小结 |
| 第8章 总结 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 论文工作的创新点 |
| 8.3 论文展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）平面薄膜堆栈超构材料：理论、模型及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 电磁超构材料的起源 |
| 1.2 超构材料的发展 |
| 1.2.1 超透镜和光学隐身 |
| 1.2.2 超吸收 |
| 1.2.3 超表面 |
| 1.3 平面薄膜堆栈超构材料 |
| 1.3.1 平面薄膜超构材料的振幅和相位调控 |
| 1.3.2 平面薄膜超构材料的角度色散调控 |
| 1.3.3 平面薄膜超构材料的应用 |
| 1.4 本论文的研究意义和结构安排 |
| 第2章 基于等子体薄膜堆栈超构材料的相图调控 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 耦合模模型理论分析 |
| 2.2.1 单模单通道耦合模理论的一般形式 |
| 2.2.2 转移矩阵法对场分布的分析 |
| 2.2.3 辐射与吸收品质因子的严格解 |
| 2.2.4 辐射与吸收品质因子的拟合解 |
| 2.3 基于耦合模模型理论的相图调控 |
| 2.3.1 金属-半导体双层结构的响应调控 |
| 2.3.2 金属-介质-金属三层结构的响应调控 |
| 2.3.3 金属-介质-光子晶体多层结构的响应调控 |
| 2.4 基于分波矢量相图分析的响应调控 |
| 2.4.1 结合多重散射法的分波系数计算 |
| 2.4.2 宽带吸收结构体系的矢量相图分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于全介质薄膜堆栈超构材料的模型理论分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于非局域有效媒质理论的计算 |
| 3.2.1 传统的局域有效媒质理论的推导 |
| 3.2.2 非局域有效媒质理论的解析解 |
| 3.2.3 局域有效媒质理论失效的回顾 |
| 3.2.4 非局域有效媒质理论对失效的修正 |
| 3.2.5 延伸至介电常数近零超材料 |
| 3.3 非局域古斯-汉欣效应 |
| 3.3.1 古斯-汉欣位移的解析表达式 |
| 3.3.2 古斯-汉欣位移的优化设计 |
| 3.3.3 古斯-汉欣位移的非局域效应 |
| 3.4 本章小节 |
| 第4章 平面薄膜堆栈超构材料的应用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于超薄双层薄膜结构色的调控 |
| 4.2.1 超薄双层薄膜的制备与表征 |
| 4.2.2 宽色域、角度不敏感的结构色结果与分析 |
| 4.3 基于三层薄膜可重构超器件用于硫化氢探测 |
| 4.3.1 动态可重构样品的制备与表征 |
| 4.3.2 可重构超器件的光学性质 |
| 4.3.3 硫化氢气敏探测应用 |
| 4.4 基于多层薄膜的窄带及高定向热辐射器 |
| 4.4.1 大面积、窄带热辐射器的制备与表征 |
| 4.4.2 高定向热辐射器的实现 |
| 4.4.3 红外热辐射成像应用 |
| 4.5 本章小节 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 论文总结 |
| 5.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（7）基于液晶微腔的垂直腔面发射激光器特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 可调谐VCSEL的研究背景及意义 |
| 1.1.1 可调谐VCSEL的背景及意义 |
| 1.1.2 液晶可调谐VCSEL的背景及意义 |
| 1.2 液晶可调谐VCSEL的国内外现状 |
| 1.2.1 外腔液晶可调谐VCSEL |
| 1.2.2 内腔液晶可调谐VCSEL |
| 1.3 可调谐VCSEL的应用 |
| 1.4 主要内容与章节安排 |
| 第2章 液晶可调谐VCSEL的基本原理 |
| 2.1 液晶的性质 |
| 2.1.1 液晶特点及种类 |
| 2.1.2 液晶指向矢排布 |
| 2.1.3 电场作用下的Freedericks转变 |
| 2.2 高对比光栅 |
| 2.2.1 高对比光栅理论公式 |
| 2.2.2 严格耦合波法分析高对比光栅 |
| 2.2.3 时域有限差分法分析高对比光栅 |
| 2.3 VCSEL光学谐振腔 |
| 2.3.1 分布式布拉格反射镜的工作原理 |
| 2.3.2 应变量子阱增益谱计算 |
| 2.3.3 激射条件 |
| 2.3.4 VCSEL增益条件 |
| 2.4 模拟软件使用介绍 |
| 2.4.1 Rsoft软件介绍 |
| 2.4.2 PICS3D软件介绍 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 内腔液晶可调谐VCSEL结构设计 |
| 3.1 液晶微腔结构设计 |
| 3.1.1 高对比光栅结构设计 |
| 3.1.2 不同偏振模式下的高对比光栅 |
| 3.2 基于半结构的VCSEL结构设计 |
| 3.2.1 DBR设计 |
| 3.2.2 量子阱设计 |
| 3.3 内腔液晶可调谐VCSEL结构设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 液晶可调谐VCSEL特性分析 |
| 4.1 液晶波长可调谐VCSEL调谐特性 |
| 4.1.1 液晶调谐原理 |
| 4.1.2 液晶谐振腔层厚度设计 |
| 4.1.3 可调谐范围设计 |
| 4.2 液晶波长可调谐VCSEL偏振特性研究 |
| 4.2.1 TE、TM光增益阈值计算 |
| 4.2.2 液晶盒偏振实验 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（8）硅基张应变锗光源的技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 硅基光源的研究历程和现状 |
| 1.3 本论文的主要内容 |
| 1.4 本课题的来源及受资助情况 |
| 2 张应变锗材料发光特性的理论研究 |
| 2.1 锗材料的能带工程 |
| 2.2 张应变体材料锗的能带计算 |
| 2.3 张应变体材料锗的直接带隙光增益和光吸收计算 |
| 2.4 能带与光增益计算中的材料参数 |
| 2.5 张应变Ge/SiGe量子阱的能带计算 |
| 2.6 张应变Ge/SiGe量子阱的直接带隙光增益和光吸收计算 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 单轴张应变锗电驱动激光器的设计与性能分析 |
| 3.1 微桥应变结构 |
| 3.2 激光器的结构设计 |
| 3.3 激光器的性能仿真与分析 |
| 3.4 水平纵向注入激光器电流密度的等效方法 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 单轴张应变Ge/SiGe量子阱与体材料锗激光器的对比 |
| 4.1 直接带隙半导体量子阱相比于体材料的优势 |
| 4.2 张应变Ge/SiGe量子阱与体材料锗激光器的设计与仿真 |
| 4.3 态密度、载流子注入效率与阈值电流密度的对比 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 单轴张应变体材料锗与Ge/SiGe量子阱的制作和表征 |
| 5.1 锗硅材料的外延生长 |
| 5.2 微桥结构的制作工艺 |
| 5.3 应变材料的表征方法 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 基于微桥结构和水平p-i-n结的单轴张应变锗发光二极管 |
| 6.1 器件的设计与制作工艺 |
| 6.2 微区电致发光测试系统 |
| 6.3 实验结果与理论分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表论文和申请专利目录 |
| 附录2 论文中缩略词的含义 |
（9）金属与介质纳米结构的局域耦合、光性质调控及发光器件应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 介质纳米结构的“光管理”及其应用 |
| 1.2 表面等离激元共振及其增强光学过程 |
| 1.2.1 等离激元的基本特性 |
| 1.2.2 等离激元的数值分析方法 |
| 1.2.3 表面等离激元增强光学过程 |
| 1.3 本文工作的研究内容和意义 |
| 参考文献 |
| 第二章 介质及金属纳米结构的可控制备备 |
| 2.1 团簇束流与团簇沉积 |
| 2.2 基于团簇束流的氧化物介质纳米结构的可控制备 |
| 2.2.1 掠角沉积(GlancingAngle Deposition) |
| 2.2.2 氧化物多孔纳米结构的制备 |
| 2.3 Ag纳米粒子点阵的可控制备 |
| 2.3.1 基于团簇束流的Ag纳米粒子点阵的可控制备 |
| 2.3.2 固态薄膜退湿(Solid-State Dewetting of thin film)法制备Ag纳米粒子点阵 |
| 2.4 GaN基蓝光发光二极管(LED,light emtting diodes)的制备 |
| 2.5 透明导电薄膜ITO的制备 |
| 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 介质纳米粒子多孔薄膜的光学减反和全内反射光提取特性 |
| 3.1 多孔介质减反膜 |
| 3.1.1 引言 |
| 3.1.2 抗反射(减反)的基本概念 |
| 3.1.3 抗反射的实现 |
| 3.1.4 基于团簇束流沉积制备的TiO_2多孔减反膜 |
| 3.2 多孔介质纳米粒子薄膜提取全内反射光的研究 |
| 3.2.1 全内反射和表面隐逝波 |
| 3.2.2 多孔介质纳米粒子薄膜用于全内反射条件下光提取的实验验证 |
| 3.2.3 多孔介质纳米粒子薄膜提取全内反射光机理研究 |
| 3.3 TiO_2多孔纳米粒子薄膜提取全内反射光增加LED光提取效率的研究 |
| 3.3.1 GaN表面TiO_2多孔纳米结构的全内反射光提取效率 |
| 3.3.2 TiO_2多孔纳米粒子薄膜增强LED的光电性能分析 |
| 3.4 ZnO纳米粒子多孔薄膜及其复合结构提取全内反射光增加LED光提取效率的研究 |
| 3.4.1 ZnO纳米粒子多孔薄膜的全内反射光提取效率 |
| 3.4.2 ZnO多孔纳米粒子薄膜/多重微米倾斜微纳复合结构增加LED光提取效率 |
| 3.5 聚苯乙烯微球/ZnO纳米粒子多形性复合结构提取全内反射光增加LED光提取效率的研究 |
| 3.5.1 PS/ZnO多形性结构的全内反射光提取效率 |
| 3.5.2 PS/ZnO多形性结构的有效折射率 |
| 3.5.3 PS/ZnO多形性结构增加LED光提取效率 |
| 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 金属纳米粒子表面等离激元散射提取全内反射光 |
| 4.1 金属纳米粒子点阵等离激元共振光散射 |
| 4.1.1 纳米粒子的光散射理论 |
| 4.1.2 Ag纳米粒子等离激元共振光散射 |
| 4.1.3 耦合Ag纳米粒子点阵等离激元共振光散射 |
| 4.2 Ag纳米粒子点阵等离激元共振散射提取全内反射光的研究 |
| 4.2.1 Ag纳米粒子点阵制备及表征 |
| 4.2.2 Ag纳米粒子点阵表面等离激元散射提取全内反射光 |
| 4.2.3 通过Ag纳米粒子点阵由背向散射提取全内反射光 |
| 4.2.4 Ag纳米粒子修饰的LED的光学和电学性能分析 |
| 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 金属纳米粒子/介质/金属膜复合结构的光全吸收、局域场增强及表面增强拉曼研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 全吸收效应的物理机制 |
| 5.3 Ag纳米粒子/介质层/Ag膜全吸收结构的表面吸收率调控 |
| 5.3.1 Ag纳米粒子/介质层/Ag膜复合结构的制备 |
| 5.3.2 Ag纳米粒子/介质层/Ag膜复合结构的表面吸收率测量 |
| 5.4 Ag纳米粒子/介质层/Ag膜全吸收结构的表面增强拉曼研究 |
| 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 论文工作总结和展望 |
| 攻读博士学位期间已发表和待发表的学术论文 |
| 致谢 |
（10）量子阱平面光学各向异性的偏振差分反射谱研究（论文提纲范文）
| 1 引 言 |
| 2 实验技术 |
| 3 实验结果 |
| 4 理论计算和讨论 |
| 5 结 论 |
四、量子阱平面光学各向异性的偏振差分反射谱研究（论文参考文献）
- [1]基于全介质的人工微结构光子器件研究[D]. 杨凯旋. 南京信息工程大学, 2021(01)
- [2]集成式量子阱红外圆偏振探测研究[D]. 储泽世. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2021(01)
- [3]基于人工微纳结构增强二维材料光吸收和红外探测的研究[D]. 郭尚坤. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2021(01)
- [4]宽调谐偏振稳定半导体激光技术研究[D]. 王小龙. 长春理工大学, 2021(01)
- [5]近红外面发射激光器高功率输出及其模式控制的研究[D]. 张继业. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(03)
- [6]平面薄膜堆栈超构材料：理论、模型及应用[D]. 文政绩. 中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所), 2020(03)
- [7]基于液晶微腔的垂直腔面发射激光器特性研究[D]. 郑舟. 长春理工大学, 2020(01)
- [8]硅基张应变锗光源的技术研究[D]. 江佳霖. 华中科技大学, 2019(03)
- [9]金属与介质纳米结构的局域耦合、光性质调控及发光器件应用[D]. 毛鹏. 南京大学, 2015(05)
- [10]量子阱平面光学各向异性的偏振差分反射谱研究[J]. 陈涌海,叶小玲,王占国. 固体电子学研究与进展, 2002(04)