一、在1.3μm波段首次实现量子点半导体激光器室温连续振荡（论文文献综述）
李儒颂[1]（2021）在《1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究》文中研究说明随着智慧城市、5G网络、人工智能、云计算和大数据中心等新一代信息技术的快速发展,网络数据流量在近年来呈现出指数增长趋势,促使光互连技术向更高速率、更大容量和更低功耗的方向发展。高速面发射激光器作为该领域关键核心器件,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。垂直腔面发射激光器（VCSELs）由于长波长DBR难以外延生长且具有较大的损耗和串联电阻,因而还难以满足应用需求。而光子晶体面发射激光器（PCSELs）具有大面积单模激射、任意光束整形与偏振调控、片上二维光束控制及波长易于拓展等多种突出功能,因此在实现光纤的两个低损耗传输窗口（1.31μm,1.55μm）更具优势。近年来,受凝聚态中拓扑相和拓扑相变概念的启发,基于拓扑能带论的拓扑光子学正在兴起,其中具有鲁棒性的拓扑腔面发射激光器（TCSELs）不仅拥有高光束质量的优点,而且可以产生携带轨道角动量（OAM）的涡旋光束。OAM复用技术可极大提高光通信系统的信道容量,是未来通信技术的重要发展方向。本论文基于光子晶体对光子态的调控,结合光子晶体微腔与光子晶体带边激射原理设计出了具有异质光子晶体腔结构,为实现高速PCSELs提供了可行性方案,同时将具有拓扑性质的光子晶体引入面发射激光器中并通过合理的优化设计,以达到高速、大功率、低阈值、窄线宽和提高边模抑制比的目的,具有潜在替代现有VCSELs的优势。主要研究内容和创新成果如下:1.对PCSELs的带边激射原理和阈值增益进行了理论分析,并结合半导体激光器速率方程推导出了PCSELs的光功率公式,同时分析了二维光子拓扑绝缘体的边界态与拓扑相变机理,为研制高速PCSELs与TCSELs提供了理论基础。2.开展了高速双晶格PCSELs的理论研究。设计了增强面内光反馈的PCSELs,其谐振腔是由两种具有不同光子带隙的光子晶体组成的面内异质结构,除了利用光子晶体带边的光反馈外,还利用了两种光子晶体边界的反射,并通过调控其中双晶格光子晶体的两个空气孔间距来提高反向传播光之间的一维耦合系数,从而实现对激射模式的强面内限制。通过三维时域有限差分法（3D-FDTD）证实了我们所提出的异质PCSELs可以在较小的正方形区域内实现1.3μm单模激射,并可能实现大于30 GHz的3d B调制带宽。3.开展了基于Dirac点高速PCSELs的理论研究。通过调控光子晶体参数得到双Dirac锥形色散,设计了增强Dirac点面内反馈的PCSELs,并且由于在Dirac点态密度可以降为零,而自发辐射耦合系数?与态密度成反比,因此利用Dirac点作为带边激射,可有效提高PCSELs调制速率,通过3D-FDTD证实其是以四极模激射,在基于少模的空分复用系统中可能具有潜在的应用。4.开展了基于能带反转光场限制效应的高速拓扑体态面发射激光器的理论研究。拓扑谐振腔是由拓扑态光子晶体（R2=1.05R0）外围完整拼接与其带隙相当的拓扑平庸态光子晶体（R1=0.94R0）构成,在拼接的边界处会产生光场的反射和限制效应,通过3D-FDTD证实其可在较小的正六边形区域内实现1.3μm低发散角单模激射。此外,该拓扑体态面发射激光器由于能带反转引起的反射只发生在靠近布里渊区中心附近的一个很小的波矢范围,因此限制了能够获得有效反馈的模式数目,这种模式选择机制与带边模式PCSELs完全不同,更有利于实现单模面发射,在高速光通信领域中的应用将更具有优势。5.开展了高速Dirac涡旋腔面发射激光器的理论研究。通过对正常蜂窝光子晶体超胞应用广义的Kekulé调制和收缩操作,然后将它们完整拼接得到异质Dirac涡旋腔（具有鲁棒的中间带隙模）,同时适当调控腔中子晶格的尺寸,使得带间模收敛于Dirac点频率并处于外围光子晶体的禁带中,以达到增强带间模面内光反馈的目的,从而有利于实现高速调制。研究结果表明,以该异质Dirac涡旋腔的带间模作为带边激射,可在较小的区域内实现1.3μm单模矢量光束输出,这为发展具有优异性能的新型高速拓扑PCSELs提供了可能。
潘瀚[2]（2021）在《新型低维纳米材料的宽带非线性光学特性及应用研究》文中研究说明自低维纳米材料出现以来,由于其独特的物理化学性能,受到了科研人员的广泛关注,在材料学、纳米技术、凝聚态物理、化学和光电子学等领域的研究发展十分迅速。受到量子限域效应等影响,低维纳米材料也表现出不同于体相材料的光学特性。因此,对低维纳米材料非线性光学性能的探索将不仅有利于理解纳米尺度非线性光学效应的物理机理,并且为开发基于纳米非线性光学材料的各种高性能光子器件包括光调制器、光限幅设备和全光开关等,提供实验和理论上的基础。例如,基于材料的非线性吸收性能制作的可饱和吸收器件是全固态、光纤脉冲激光器的核心组成部分。随着脉冲激光器在短脉冲、高能量、可调谐等性能方面的不断提升,对可饱和吸收器件的要求也逐渐升高,传统材料由于其工作带宽窄、饱和恢复时间长、难于集成等缺点严重限制了脉冲激光器的发展。而基于低维纳米材料的可饱和吸收器件通常具有超快响应时间、宽工作带宽、低损耗、低成本和易兼容等优点。因此,开展低维纳米材料的非线性光学特性及其应用研究对丰富可饱和吸收体的种类和提高脉冲激光器的性能具有非常重要的指导意义和实用价值。本文以此为出发点,对多种新型低维纳米材料在近红外区域的宽波段非线性光学特性进行了系统研究,初步阐释了不同非线性吸收和折射现象中的物理机理及其规律,探究了影响其非线性光学性能的主要因素,确定了众多关键的非线性光学参数并发掘了其作为可饱和吸收器件以及光限幅设备的应用潜力。作为应用,基于这些新型低维纳米材料的可饱和吸收特性,实现了近红外多波长脉冲激光的稳定输出,并总结了多种不同体系低维纳米材料在不同波长处的脉冲激光调制特性。本论文的主要研究内容如下:1.制备了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基底的CdSe/ZnS核壳结构量子点混合物薄膜。研究了样品在近红外波段（包括1和1.3 μm）的非线性光学特性,探究了复合材料中量子点浓度和激发光强对其非线性光学响应的影响。发现随激发光强度的增加,出现了从可饱和吸收到反饱和吸收现象的变化过程。样品的非线性吸收特性随激发光强度的增大而逐渐增强,并且受到了掺杂浓度的影响。根据不同掺杂浓度样品的实验结果对比,证明了通过优化量子点浓度来提高其复合材料非线性光学性能的可行性。此外,还探究了样品的非线性折射特性,在强光激发下,表现出自散焦现象。通过实验数据拟合确定了调制深度、非线性吸收系数、非线性折射率等众多关键参数。最后,基于CdSe/ZnS核壳结构量子点的可饱和吸收特性,实现了在1和1.3 μm脉宽分别为233和196 ns的调Q脉冲激光稳定输出,并验证了掺杂浓度对量子点复合材料脉冲调制特性的影响。2.通过液相剥离（liquid phase exfoliation,LPE）的方法制备了尺寸均匀的二维铋烯量子点（Bi quantum dots,BiQDs）。利用Z扫描技术探究了 BiQDs在2 μm波段处的可饱和吸收特性,确定了其调制深度约为15.4%。基于此,制备了 BiQDs可饱和吸收体应用于2 μm Tm:YLF固态调Q激光器中。最终获得了峰值功率为8.1 W和脉宽为440 ns的脉冲激光输出,实验证明了 BiQDs在2 μm波段的激光调制能力。3.通过LPE法制备了以8～9层为主的InSe纳米片。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了 InSe纳米片电子态密度和能带结构随层数变化的关系。结果表明,随着纳米片层数从体相到单层的逐渐减少,其带隙结构表现出从直接带隙到间接带隙的变化过程,并且带隙宽度逐渐增大,单层时可达到2.1 eV。根据研究结果,确定了本文中所制备的8～9层InSe纳米片为直接带隙结构,带隙宽度约为1.5 eV。研究发现InSe纳米片在1～2μm波段呈现出良好的宽带可饱和吸收特性。基于此,将其作为可饱和吸收体,分别搭建了工作波长为1.06、1.34和1.91 μm的固态调Q激光器,并实现了脉宽分别为599、520和210 ns脉冲激光的稳定输出。4.利用LPE法制备了高质量的MoSe2纳米片并测量了其在1 μm波段的非线性光学特性。结果表明,随着激发光强度增加,少层MoSe2纳米片表现出从可饱和吸收到反饱和吸收的转变过程,并且表现出自聚焦特性。通过拟合计算,得到了 MoSe2纳米片的非线性吸收系数和非线性折射率等参数。以少层MoSe2纳米片为可饱和吸收器件,成功获得了脉宽为772 ns的1μm Nd:CNGG脉冲激光。5.通过物理气相外延（physical vapour deposition,PVD）的方法在蓝宝石基底上生长了大尺寸,厚度均一的单层MoS2纳米薄膜。研究发现其在1和2μm波段具有宽带非线性光学响应,并确定了调制深度和双光子吸收系数等参数。基于其良好的宽带可饱和吸收特性,成功搭建了1 μm全固态锁模激光器和2 μm全固态调Q激光器,并实现了 438 ps锁模脉冲和765 ns调Q激光的输出。6.通过液相合成法制备了颗粒大小在数百纳米范围,表面光滑,尺寸分布较为均一的十二面体结构二甲基咪唑钴材料（ZIF-67）。根据第一性原理计算和实验表征结果确定了 ZIF-67的带隙宽度约为1.94 eV。研究了 ZIF-67在1～2 μm波段中的宽带光学非线性响应特性。随激发强度的增大,出现了从可饱和吸收到反饱和吸收现象的变化。利用拟合公式确定了非线性吸收系数、双光子吸收截面和非线性折射率等参数。ZIF-67在近中红外区域具有较大的双光子吸收截面以及非线性折射率,这使其有应用于光限幅设备和光开关器件的潜力。基于ZIF-67宽带可饱和吸收体,成功搭建了 1、1.3和2μm固态调Q激光器,并分别获得了 120、108和278 ns的短脉冲激光输出。由于ZIF-67独特的高孔隙率笼式结构和较大的比表面积等因素,其在激光实验过程中也展现了极好的热稳定性。
杨苑青[3]（2021）在《1.55 μm波段硅基Ⅲ-Ⅴ族方形微腔量子点激光器》文中提出随着微电子器件的尺寸日益逼近物理极限,电互连带来的延时以及功耗问题制约着集成电路的发展。因此,人们利用光子代替电子作为信息载体,完成信息的高效传输,也就是光互连。将一些光子学器件集成到微电子电路芯片上,有助于实现硅基光电子集成。在硅衬底上直接外延生长Ⅲ-Ⅴ族材料是实现硅基光源的最有前景的方法之一。同时,量子点结构可以有效减少材料生长过程中出现的高密度穿透位错,并大幅提高激光器的工作寿命,已成为硅基光电子集成的首选方案之一。此外,在波长为1.31μm和1.55 μm的通信波段,激光器的损耗较低,有利于硅基光电芯片的制备。对于L31μm波段的硅基激光器,前人已做了十分充分的研究,但在1.55μm波段的硅基量子点激光器上仍存在着很大的研究空间。与1.31μm波段相比,硅基光电芯片在1.55μm波段中具有更低的损耗,适用于中/长距离通信中的低损耗传输,并且可以与其他器件兼容以实现大规模硅基片上集成。另外,方形微腔激光器中的模式光场均匀地分布在腔内,对侧壁粗糙度的依赖性较小,适合与其他器件耦合。近些年来对于1.55μm波段方形微腔激光器的研究工作多集中在InP衬底上。但InP晶片尺寸小、脆性大,并且价格昂贵,难以应用于大规模光电集成系统中。因此,对1.55 μm波段硅基Ⅲ-Ⅴ族方形微腔量子点激光器的研究是十分有必要的。基于以上背景,我们开展了对1.55μm波段硅基InAs/InGaAs量子点方形微腔激光器及其集成结构的设计和优化研究,主要的成果如下:（1）对带输出波导结构的硅基InAs/InGaAs方形微腔量子点激光器结构进行设计与优化。通过在方形微腔激光器的一边中点处连接输出波导,实现了激光器的定向单模输出。同时,我们设计了一种新的硅基激光器材料结构使激射波长扩展至1.55 μm波段。此结构是在硅衬底上直接外延生长InGaAs成核层,不需要生长InP过渡层就可以制备1.55 μm波段硅基激光器,降低了工艺复杂度,有利于硅基光电集成。另外,我们对方形微腔激光器的结构参数和光学模式特性进行了分析,详细研究了微腔边长、输出波导宽度、包层厚度和刻蚀深度对方形微腔品质因子的影响。结果表明,当方形微腔激光器的边长为16μm,波导宽度为1.0μm,包层厚度为1.7μm,刻蚀深度为3.95μm时,方形微腔激光器能够在1546.70nm波长处实现品质因子高达3051.64的单模激射。（2）提出了一种基于切角方形微腔激光器与双锥型波导的片上集成结构。将切角方形微腔激光器与锥形Ⅲ-Ⅴ族波导连接,锥形Ⅲ-Ⅴ族波导进一步与锥形硅波导垂直耦合,实现切角方形微腔激光器的定向输出。此结构可以通过选区生长工艺在SOI（Silicon-on-Insular）衬底上进行材料的制备。结果表明,当方形微腔激光器的切角宽度为3.5μm,锥形Ⅲ-Ⅴ族波导的长度为20μm,锥形硅波导的锥尖宽度和高度分别为0.2 μm和0.7 μm时,激光器能在1564.71 nm波长处实现激射,对应的品质因子为1621.05。切角方形微腔激光器与锥形Ⅲ-Ⅴ族波导之间的光耦合效率为53.5%。
蒋再富[4]（2021）在《外部扰动下量子点激光器的非线性动力学特性研究》文中研究表明对于低维材料构成的半导体激光器,根据有源区结构的不同,可分为量子阱激光器、量子线激光器和量子点激光器（Quantum dot laser,QDL）。QDL是一种自组装生长的新型纳米结构激光器,它的有源层由一些分离的量子点构成,电子和空穴被三维地限制在几十个纳米尺度的半导体晶体中。由于载流子的三维量子限制,QDL表现出低的阈值电流密度、低相位噪声、低啁啾、弱的光反馈敏感性、高光束质量、高温度稳定性等优点。其有望在下一代光子集成电路、光互联、光信息处理、光子神经元等应用领域中取代传统的量子阱结构激光器。目前,通过改进的分子束外延生长技术已经实现了高密度、高光学质量的量子点,具有较好温度特性的QDL正处于面向数据通信市场的量产阶段。由于量子点分立的能级和有限的带内弛豫时间,QDL存在多种激射模式,QDL能发生基态（Ground-state,GS）跃迁,也能发生激发态（Excited-state,ES）跃迁。这两种跃迁能单独发生,也能同时发生（GS+ES）,并且这两种辐射跃迁的波长相差几十纳米,其在太赫兹信号产生及应用领域具有一定的应用前景。为方便描述,文中把自由运行时单独GS和单独ES激射的QDL分别称为GS-QDL和ES-QDL,把能同时发生GS和ES激射的QDL称为双态QDL。现有研究表明,不同辐射模式的QDL在外部扰动下能产生周期性脉冲、低频反相波动、双稳以及混沌等非线性动力学行为。围绕这些动力学特性的研究不仅为QDL在光子微波信号产生、混沌保密通信、全光开关、混沌雷达及全光信息转换等相关技术领域的应用开辟了新的途径,而且对理解这些系统中非线性动力学产生的物理机制以及改善此类激光器器件的系统性能都具有非常重要的现实意义。基于此,本文针对不同辐射模式QDL在外部光注入和反馈下的非线性动力学特性及其在光生微波信号中的应用进行了系统地研究,旨在深入剖析外部扰动下QDL系统所呈现的各类动力学特征及内在的物理机理,探寻控制QDL产生非线性动力学的方法。研究内容及结论如下:1.基于QDL激子模型,研究了光注入下双态QDL非线性动力学特性。研究表明,当双态QDL工作在GS和ES同时辐射并且注入光的频率靠近GS的辐射频率时,通过适当调节注入参数,双态QDL的两个辐射模式能产生稳态、注入锁定、抑制态、单周期、倍周期、多周期和混沌脉冲态等丰富的动力学行为。进一步绘制动力学态在注入强度和频率失谐构成的参数空间中的分布图,发现复杂的动力学态主要分布在负频率失谐区域。通过计算此区域的排列熵发现混沌信号的复杂度可达到0.95以上。此外,在一定的频率失谐范围内,当注入系数较大时,ES辐射能被完全抑制。研究结果可为双态QDL在相关领域中的应用提供一定的理论支持。2.基于QDL的电子-空穴不对称模型,数值研究了光注入下双态QDL的功率诱导的激射态开关和双稳。研究结果表明,通过引入外光注入且注入光的频率靠近ES的激射频率时,对于一个在较低电流下工作在GS的自由运行双态QDL,可以实现GS和ES之间的功率诱导的激射态开关。其中,态转换所需的注入功率取决于注入功率的扫描路径,即注入功率在某一特定区域内可能存在态双稳。对于正向扫描注入功率,随着频率失谐的增加,发生态开关所需的注入功率呈下降趋势,并呈现出轻微波动。然而,对于反向扫描注入功率,态开关所需的注入功率随着频率失谐的增加表现出剧烈的波动。磁滞宽度随频率失谐的增加而波动且波动幅度随注入电流的增加而增大。此外,非均匀展宽因子和电子逃逸速率对双稳性能有较大影响。3.利用QDL的激子模型,数值研究了GS-QDL在外光注入下的非线性动力学特性。研究表明,在合适的注入参数下,GS-QDL能产生单周期、倍周期、多周期、混沌脉冲、和注入锁定等动力学行为。通过分析这些动力学态在注入参数空间中的分布情况,发现复杂动力学态分布面积较小。利用排列熵量化混沌信号的复杂度发现GS-QDL产生的混沌信号复杂度低于0.90,复杂度较低说明GS-QDL对外光注入表现出弱的敏感性。此外,还对GS-QDL在光注入和光反馈作用下产生的光子微波特性进行了数值研究。首先对基于单周期态产生的微波信号的性能进行了分析,给出了由频率失谐和注入强度构成的参数空间中的微波频率和微波功率的分布图,其结果与已报道的实验结果近似吻合。然后,在光注入下的GS-QDL中引入一个光反馈环来压缩微波信号的线宽。结果表明,在适当的反馈参数下,产生的微波的线宽至少可以降低一个数量级,说明引入外部光反馈可提高微波信号的质量。最后,分析了激光器的线宽增强因子对产生的微波信号性能的影响,发现较小的线宽增强因子有助于产生更窄线宽的微波信号。4.基于QDL的激子模型,数值研究了光注入下ES-QDL的非线性动力学特性。结果表明,在合适的注入参数下,ES-QDL能展现出丰富的非线性动力学行为,例如注入锁定、单周期、倍周期、多周期和混沌脉冲态。通过绘制这些动力学态在频率失谐与注入系数构成的参数空间中的分布图,发现注入锁定占据了较大的面积并且存在多种形式的动力学演化路径。利用排列熵计算量化了混沌脉冲态的复杂度,并确定了获得高复杂度混沌信号的参数范围。此外,还讨论了线宽增强因子对ES-QDL输出的动力学态的影响,随着线宽增强因子值的增加,正（负）频失谐区的混沌区域逐渐扩大（缩小）,注入锁定区域逐渐向负频失谐区移动。另外,还数值研究了利用ES-QDL输出的单周期动力学产生光子微波信号的性能。在光注入引起的单周期动力学范围内,研究了微波频率和微波强度随频率失谐量和注入强度的变化。结果表明,通过调整注入参数可以实现微波频率连续可调谐,通过改变注入强度可以增强微波强度。考虑到产生的微波具有较宽的线宽,进一步引入外腔光反馈对微波线宽进行了窄化,并研究了反馈参数对线宽的影响。发现随着反馈强度或延迟时间的增加,由于锁定效应,线宽明显减小。然而,对于较大的反馈强度或延迟时间,由于单周期动力学逐渐被破坏,线宽压缩效果变差。此外,通过优化反馈参数,可以使不同微波频率下的线宽减小一个数量级以上。对比光注入GS-QDL产生的光子微波信号,ES-QDL产生的微波信号的频率对注入强度的波动比较敏感,线宽也更大一些,这是由于ES-QDL更小的弛豫阻尼率引起的。因此利用GS-QDL产生微波信号的性能要优于ES-QDL。最后,实验研究了ES-QDL在外部光反馈下的辐射态开关现象。研究表明,引入外部光反馈后,在合适的反馈率下能够诱导GS模式激射,并且当反馈率足够大时,ES模式能够被完全被抑制,出现了辐射态开关现象。在相对较小的电流下,由于共用载流子和模式竞争,在发生态开关的过程中出现了ES辐射与GS辐射的反向波动,但在较大的电流下未观察到此类现象。此外,实验还发现发生开关所需要的临界反馈率随着电流的增加逐渐增加。本节的研究为ES-QDL在相关领域中的应用提供了一定的理论和实验支持。
洪进[5]（2021）在《近红外光电子材料与器件的光学性质实验研究》文中研究说明本文主要基于课题组在红外波段建立的多种光谱测试手段（如稳态吸收/透射光谱、光致发光/PL光谱、电致发光/EL光谱、时间分辨光致发光/TR-PL光谱、光电流/PC谱等）,来研究玻璃基硒化铅（PbSe:Glass）量子点、掺铒硅（Si:Er）和铜锌锡硫（CZTS）这三种近红外光电子材料/器件的缺陷态及光学性质。研究摘要具体如下:（1）PbSe:Glass量子点激子玻尔半径大、量子限域效应强、制备方法成熟、荧光量子产率高,是理想的近红外量子光源材料。但其高度简并的激子基态、较高的俄歇复合速率、较低的量子点体积分数又直接影响PbSe:Glass量子点体系的光学增益,进而限制了其在近红外激光光源方面的应用。在PbSe:Glass量子点体系研究中,系统研究了直径为3.4 nm的PbSe:Glass量子点在不同激发条件下的光学性质,揭示了不同激发条件下的载流子动力学,分析了PbSe:Glass量子点作为激光增益介质材料的应用潜力,研究获得如下结果:i)在PbSe:Glass量子点中观测到了能量分别为1.13 e V和1.32 e V的双激发态同时产生放大的自发辐射（ASE）过程,对应激发功率阈值均为20μJ·cm-2。并建立了不同激发条件下（如连续激光激发、低功率和高功率脉冲激光激发）材料体系的多能级发光模型及其载流子转移动力学过程。ii)揭示了PbSe:Glass量子点作为潜在光泵浦激光材料所面临的局限性。通过与玻璃基Pb S（Pb S:Glass）量子点受激辐射相比较,PbSe:Glass量子点高一个数量级的ASE激发功率密度阈值和缺乏激子本征态的受激辐射事实,表明PbSe:Glass量子点作为光泵浦激光材料的应用潜力相对较弱。（2）对于Si:Er体系而言,其Er3+的4f电子从第一激发态4I13/2跃迁至基态4I15/2时的发光波长为1.54μm,恰好落在石英光纤吸收的最低窗口,因此被认为是研制硅基光源的最佳材料之一。但受限于硅中铒较低的固溶度、严重的温度淬灭效应、较小的吸收截面等影响,以往的研究中掺铒硅的量子效率远低于实际应用要求。在Si:Er材料体系研究中,研究了两种不同退火条件（“深度冷却”和传统RTA退火）的材料及不同结构器件（平面型和垂直型）的发光性质,得到以下几点阶段性成果:i)经“深度冷却”技术处理的掺铒硅材料相比于经传统RTA退火处理的样品PL温度淬灭效应减小了两个数量级,内量子效率提升了2个数量级。这主要得益于“深度冷却”技术能有效减少非辐射复合性质的铒相关团簇。ii)基于“深度冷却”技术的垂直型和平面型结构LED器件的EL谱型与PL类似,都能发射出1536 nm的近红外光。在电注入条件下,垂直型掺铒硅LED器件在1536 nm的高效发光主要源自铒离子的自发辐射;而平面型掺铒硅LED器件能实现1536 nm的受激辐射（放大的自发辐射）,对应的阈值电流为6 m A（0.8 A/cm2）。该结果表明平面型掺铒硅LED器件有望实现室温全硅基通讯波段激光器。iii)利用TR-PL光谱探明了“深度冷却”技术处理后的掺铒硅材料中的载流子弛豫动力学,解释了Si:Er体系在光致发光谱中存在激发波长选择性的原因,并揭示了其有别于现有研究共识的新型硅基铒离子发光机理。（3）CZTS因其具备构成元素的地球储量丰富、无毒环保、高吸收系数、禁带宽度接近光伏电池的最优带隙等优点,被认为是理想的光伏电池材料。但是受限于其中存在的较多缺陷态,CZTS薄膜太阳能电池的开路电压较小,能量转换效率距离实际应用还有较大的距离。在CZTS材料体系的研究中,通过对富Sn组分的CZTS薄膜及电池器件进行透射光谱、反射光谱、PL光谱和PC谱表征分析,揭示了其中存在较为严重的带尾态和深能级缺陷。结合理论计算和实验报道结果,阐明了CZTS带尾态和深施主缺陷态的起源。主要研究结果有:i)证实了CZTS薄膜太阳能电池中的带尾态来源于高浓度的2Cu Zn+Sn Zn缺陷簇;深施主缺陷态则来源于Sn Zn缺陷。ii)通过制备贫Sn组分的CZTS并进行PL光谱和PC谱表征分析证实了贫Sn组分的确可以减少CZTS中的带尾态和深能级缺陷态,提升器件的开路电压。
刘蒙[6]（2020）在《基于二氧化钒的可调控太赫兹超材料及其手性特性的研究》文中提出超材料是实现电磁功能器件的一种全新载体,发展新型可调控的超材料将进一步推动和拓展多功能调制器件的研究和应用,尤其是兼具手性特性的超材料可通过偏振加载更为丰富的电磁信息。本文对太赫兹（THz）超材料的偏振特性（手性相关）和色散特性（等离子体诱导透明,PIT）进行了系统的研究。1.实现了不同对称度的二维非手性超材料及其主动和被动调控。利用不同对称度的二维非手性超材料与传统反射镜相结合分别实现了THz完美吸收体、宽带手性保持反射镜、带阻手性保持反射镜,系统总结了二维非手性超材料对称度的变化对其电磁响应的影响;通过改变超材料微结构的几何尺寸被动调制上述功能器件的电磁响应;进而,引入二氧化钒（VO2）相变材料,构建Au/VO2复合THz超材料并实现了温控可调制的宽带/带阻手性保持反射镜。2.实现了二维手性超材料及其主动操控。利用二维手性超材料与传统反射镜相结合实现了手性反射镜;基于Au/VO2复合THz超材料实现了二维手性和圆转换二向色性的温控切换;进而将Au/VO2二维复合手性超材料与传统反射镜相结合构建可切换手性反射镜,并实现了传统反射镜、手性保持反射镜、手性反射镜之间的温控切换。3.实现了三维手性超材料及其主动操控。利用各项异性的Al/VO2复合THz超材料实现了三维手性、线偏振转换、线偏振非对称传输的温控调制。进而利用各向同性的四次旋转对称Au/VO2三维复合手性超材料实现了圆二向色性、圆双折射、线偏振转换及负折射率的温控调制。4.实现了高效介质二维手性超材料及其实际应用。利用二维手性硅超材料实现了圆偏振THz波的高效非对称传输效应,打破了金属二维手性超材料的非对称响应理论极限;通过引入几何相位技术实现了手性切换的双频高效衍射光栅;将硅手性超材料与全息算法相结合实现了手性切换的双频高效全息成像超材料。5.实现了单透明窗口和双透明窗口PIT超材料及其主动和被动操控。构建三能级明模-明模耦合的单透明窗口PIT THz超材料,通过改变微结构之间的相对排布分别实现了被动调制和鲁棒性的PIT超材料,利用兼具镜面对称性和四/二次旋转对称性的超材料实现了偏振无关/切换的PIT效应。构建四能级明模-非对称暗模耦合的PIT超材料并实现了双透明窗口PIT现象,通过改变暗模的空间分布实现了双透明窗口PIT效应的被动调制。在上述金属PIT超材料中引入VO2薄膜结构构建复合THz超材料,并实现了上述PIT效应的温控调制。
郭磊[7]（2020）在《高性能稀土离子掺杂中红外固体激光及光学参量振荡器研究》文中指出中红外1.5-4 μm人眼安全波段涵盖重要的大气透射窗口,覆盖大量的分子和原子特征吸收峰,是重要的分子指纹光谱区域。处于这一光谱范围的高性能激光在医学医疗、激光通讯、激光雷达、气体探测、光电对抗和科学研究等领域均具有重要的应用价值。随着LD泵浦技术的发展,稀土离子Er3+、Tm3+、Ho3+掺杂固体激光因结构简单、成本低廉、稳定可靠等优点逐渐成为获得中红外波段相干光源的重要途径。然而,稀土离子成熟的激光发射波长目前主要集中在3 μm以下波段,而且相应的中红外激光性能还远落后于1 μm波段。另一方面,稀土离子掺杂3 μm以上波长中红外激光主要依靠光参量振荡器（Optical Parametric Oscillators,OPOs）等非线性频率变换过程实现,其中又以1 μm波段激光泵浦居多。理论上,OPOs转换效率受泵浦光和闲频光波长比值的限制,因此利用长波长激光泵浦可有效提高转换效率,但这一方式还取决于3 μm以下波段中红外激光性能。因此,基于稀土离子掺杂中红外固体激光及其泵浦的光参量频率变换成为近年来激光领域的研究热点之一。本论文基于Er3+、Tm3+、Ho3+掺杂晶体介质以及周期性极化PPLN光学超晶格,系统开展了中红外波段高功率连续波、大能量短脉冲、超短脉冲激光及光学参量振荡器研究,旨在实现高性能中红外固体激光输出。论文的主要研究工作包括:1.基于Er:YAG晶体开展了 1.6 μm波段连续波及脉冲激光研究。利用液相剥离法制备了二硫化钨（WS2）和黑磷（BP）等二维纳米材料可饱和吸收体,表征了其1.6 μm波段非线性光学吸收特性,实现了 1.6μm波段Er:YAG被动调Q激光运转;利用WS2可饱和吸收体获得了最大调Q激光输出功率0.42 W,相应的脉冲宽度和重复频率分别为1.8 μs和25.13 kHz;利用BP可饱和吸收体,获得了最大调Q激光输出功率0.33 W,相应的脉冲宽度和重复频率分别为2.8μs和34 kHz。2.基于掺Tm3+离子晶体开展了高功率2μm波段连续波激光研究。采用LD翼泵浦技术大大降低了晶体热效应,在最大泵浦吸收功率20.1 W时,利用单块Tm:LuAG晶体实现了功率8.5 W的2μm波段连续波激光运转,斜效率达44.5%,这是目前LD泵浦Tm:LuAG晶体连续波激光实现的最高输出功率;基于双棒串接技术,利用两块Tm:YAP晶体,在最大输入泵浦功率75 W的情况下,实现了最高功率20.9 W的1985 nm连续波激光输出,斜效率达到33.5%,与单块Tm:YAP晶体获得的8.23 W最大输出功率相比,连续波激光输出功率获得了极大提高。3.基于掺Tm3+晶体开展了 2 μm波段大能量调Q短脉冲和锁模超短脉冲激光研究。基于升压式LN电光调制器,研究了 LD泵浦Tm:LuAG晶体主动调Q大能量脉冲激光特性。在重复频率100 Hz下,获得了最大能量10.8 mJ、最小脉宽52 ns的2022.9 nm激光脉冲,这是目前基于LD泵浦Tm:LuAG晶体实现的最大能量调Q脉冲激光;利用SESAM锁模器件,研究了 LD泵浦Tm:CaGdAlO4（Tm:CGA）晶体连续波锁模激光特性,通过采用3.85 m超长Z型折叠腔和双光路输出结构设计,在连续波锁模运转下实现了功率164 mW的1968 nm超短脉冲激光输出,脉冲重复频率38.86 MHz,光谱半峰宽度4 nm,根据双曲正割型锁模激光脉冲时间带宽积公式,脉冲宽度的理论极限为1 ps。4.基于掺Ho3+晶体开展了中红外2-3 μm波段激光研究。利用本论文第二章获得的17.3 W、1940 nm双棒串接Tm:YAP连续波激光带内泵浦Ho:YAP晶体,研究了 2.1 μm波段连续波激光运转特性,获得了 2.1 μm波段最大平均输出功率6.5 W,斜效率为50.6%;在此基础上,设计了工作电压2400 V的λ/4波升压式LGS电光调制器,实现了稳定的2.1 μm波段电光调Q激光输出,在重复频率2 kHz时,获得了最大单脉冲能量1.5 mJ,最短脉冲宽度23 ns,相应的脉冲峰值功率达65 kW;基于1150 nm LD泵浦Ho3+,Pr3+共掺LuLiF4晶体,实现了 120 mW的3 μm波段连续波激光输出,进一步利用WS2可饱和吸收体实现了 2955 nm被动调Q激光运转,获得了输出功率82mW,脉冲宽度654ns,重复频率90.4 kHz。研究结果表明WS2具有宽带可饱和光学吸收特性,是一种适用于中红外3 μm波段光调制元件。5.基于高功率2 μm波段激光作为泵浦源,开展了中红外3.8 μm波段PPLN-OPOs研究。理论分析了 2 μm激光泵浦PPLN-OPOs准相位匹配温度-波长调谐特性曲线,设计了双通双谐振腔型OPO谐振腔结构,利用自行搭建的LD泵浦Tm:YAP晶体1937 nm声光调Q激光作为泵浦源,实现了常温条件下PPLN-OPOs近简并点3872 nm参量激光输出,最高输出功率1.2 W,光谱半峰宽20 nm,相应的光光转换效率为19.4%,首次将2 μm波段激光泵浦PPLN-OPOs输出功率提升至1 W以上。
黄泽华[8]（2020）在《低维材料复合光电探测器制备与性能研究》文中进行了进一步梳理石墨烯是由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,具有高迁移率、带隙可调、宽频吸收、高导热系数、易大面积制备等优异特性,受到学者们的广泛关注。然而石墨烯的电导率非常高,导致石墨烯光导型光电探测器暗电流偏大,单原子层状态对光的吸收率很有限,探测器光响应率不高,这限制了其在光电探测领域的应用。本论文以石墨烯为基础材料,设计超材料结构石墨烯图形提升对太赫兹的调制作用,采用零维量子点掺杂、一维纳米管掺杂、及其他二维材料复合构成异质结,来提升光电探测器响应性能,将二维石墨烯材料拓展到“三维石墨烯”（砷化镉）,增强对光的吸收效率。本论文从仿真设计、材料复合、结构设计多个方面进行石墨烯基高性能光电探测器的深入研究。本论文主要内容可以分为以下4部分:1.石墨烯超材料结构设计:单原子层石墨烯在可见光范围内保持着2.3%的恒定吸收率,但是随着波长逐渐增加,在中远红外和太赫兹波段单层石墨烯的光吸收率就不再是固定的2.3%,而是随着光频率发生变化。在太赫兹范围内,带内跃迁主导着石墨烯的光电导变化,而中远红外范围内,带间跃迁逐渐起主导作用。单层石墨烯的态密度非常低,轻微的外电场都可以调节其费米能级的高低,这就为电场调制石墨烯对太赫兹的吸收、反射提供了理论基础。通过构造人工超表面结构,图形化的石墨烯可以进一步增强对太赫兹的调制效果。本文通过构建石墨烯的互补型开口谐振环结构,实现了单一图形理论上的从0.98THz到7.47THz范围内动态的光透射率调控。最高实现了99%的消光系数@EF=0.9 eV。通过改变图形参数,可以获得更宽频率范围内的调制能力。2.石墨烯掺杂结构设计:根据单层石墨烯的基本光电性质,对石墨烯进行不同种类的掺杂。首先利用一维纳米管进行区域接触式掺杂,在石墨烯区域形成横向的p-n-p结。在无偏置电压和不同的偏压下都得到了稳定的55 nA光电流@405 nm3.63 mW/cm2。在无需外界供电的条件下,探测器响应时间大约为30 ms@405 nm。相对于转移到Si/SiO2衬底上的同一批单层石墨烯,提高了光电流和响应速度。同时无需偏置电压就能正常工作也有低功耗光电探测器的应用前景。接下来研究了零维量子点掺杂对石墨烯光探测性能的影响。使用核壳结构的CuInS2/ZnS量子点对机械剥离法制备的石墨烯进行掺杂,可以得到2.12×105 A/W@650 nm的高响应率,相应的响应时间有数十秒。分别使用硫化铅量子点（PbS QDs）和黑磷量子点（BP QDs）掺杂的化学气相沉积法（CVD）制备的单层石墨烯,前者可以获得更高的光电流,后者可以获得较快的光响应时间。将PbS QDs和BP QDs共同使用掺杂到单层CVD石墨烯,可以得到569.2 A/W@650 nm的响应率,同时响应时间为百毫秒量级,效果均强于单一量子点掺杂。最后使用三维热释电材料钽酸锂进行电荷掺杂,效果不是很明显,只能在很小幅度内提高光电流大小,但是会增加噪声电流强度,需要优化热释电材料的类型和匹配合适的尺寸。3.石墨烯异质结器件设计:使用二维的过渡金属硫化物与石墨烯复合形成异质结,来降低暗电流,提高光探测性能。首先制备了石墨烯/二硫化钼异质结,在10V的偏压下,异质结的暗电流只有7.12×10-5 A,获得了最高404 A/W@650 nm的响应率,响应的上升、下降时间分别为54 ms和75 ms,响应的光谱范围从可见光405 nm一直到短波红外1550 nm。相对于二硫化钼材料本身,获得的光电流提升了4倍左右,相对于石墨烯材料本身,光电流提高20倍左右,而且具有更低的噪声。然后制备了石墨烯/二硫化钨异质结,在0偏压下暗电流低至0.212 nA,在650nm的激光光源下能获得超过300的开关比。施加8 V的偏压获得了最高206A/W@650 nm的响应率,响应的上升下降时间分别为49.6 ms、98.6ms。同样也能在405 nm到1550 nm的宽波段范围内获得明显的光响应,不过石墨烯/二硫化钨异质结的暗电流不稳定,随着测试的时间增加有下降趋势。相对于二硫化钨本身的光响应率提高了10.5倍左右,相对于石墨烯材料本身,光响应率提高了61倍左右。制备的石墨烯/二硒化钼的异质结获得了最高537.4 A/W@650 nm的响应率,响应的上升下降时间为61 ms、55ms,在405 nm到1550 nm之间都有明显的光响应。最后制备了石墨烯/二硒化钨异质结,最高响应率为365A/W@650 nm,响应的上升下降时间分别为149.1ms、52.7ms。在405-1310 nm的区间都有明显的光响应。石墨烯与四种结构类似的过渡金属硫化物形成的异质结,都能较大幅度的提高探测器的响应率,响应时间普遍在几十毫秒左右,而且在可见光到短波红外的范围内都能进行光探测。这对于宽光谱光电探测器的开发有着重要的参考意义。4.三维石墨烯材料拓展:在研究了二维石墨烯为主体的光电探测器的基础上,我们进一步探索了三维状态的石墨烯类似物砷化镉为主体的光电探测器。首先制备了砷化镉与二硫化钼的异质结,获得了最大2.74×103 A/W@405 nm的响应率比纯砷化镉光电探测器件提高了约4.6×105倍,比纯二硫化钼光电探测器提高了约5.4×104倍。响应的上升、下降时间分别为43μs、65μs,比石墨烯/二硫化钼异质结的光电探测器快了3个数量级。砷化镉/二硫化钼异质结也具有超宽的探测光谱,从紫外365 nm到短波红外1550 nm都具有很强的光响应。之后使用有机钙钛矿FaPbBr3量子点材料掺杂砷化镉,使用低浓度的量子点掺杂后光电流提高了约6倍,当量子点浓度增加形成薄膜时,光电流急剧增大了大约3.95×104倍,开关比高达9.6×103。但是使用FaPbBr3量子点材料掺杂的砷化镉光电探测器的探测波长限制在了最长808 nm左右,980 nm以及更长的短波红外都无法检测到光响应。本论文从最典型的二维材料石墨烯出发,围绕高性能光电探测器展开探索研究。进行了石墨烯超材料在太赫兹波段的调制仿真;低维材料掺杂石墨烯光电探测器的研究、石墨烯与其他二维材料异质结光电探测器的研究、“三维石墨烯”砷化镉异质结光电探测器的研究,为新一代新材料光电探测器提供了参考。
吕尊仁,张中恺,王虹,丁芸芸,杨晓光,孟磊,柴宏宇,杨涛[9]（2020）在《1.3μm半导体量子点激光器的研究进展》文中研究表明由于半导体量子点具有很强的三维量子限制效应,量子点（QD）激光器展现出低阈值电流、高调制速率、高温度稳定、低线宽增强因子和高抗反射等优异性能,有望在未来高速光通信及高速光互连等领域有重要的应用。同时,量子点结构具有对位错不敏感的特性,使得量子点激光器成为实现硅光集成所迫切需求的高效光源强有力候选者。先简要综述1.3μm半导体量子点激光器的研究进展,再着重介绍GaAs基量子点激光器在阈值电流密度、温度稳定性、调制速率和抗反射特性等方面展示出的优异特性,最后对在切斜Si衬底和Si（001）衬底上直接外延生长的量子点激光器进行介绍。
陆寰宇[10]（2020）在《1.3微米量子点带边模式光子晶体面发射激光器的理论研究与工艺制备》文中提出1.3μm波段激光有着在光纤中低损耗且色散小的特点,所以1.3微米垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,VCSEL）作为一种具有与光纤耦合效率高、调制速率高的低功耗光源,在大数据中心之间的光互联与中心主干网等中短程需要高传输容量的系统中有着不可取代的优势。但是目前所采用的1.3微米波段垂直腔面发射激光器存在着DBR生长难度高、难以高温工作等问题,而采用光子晶体结构以实现面发射的电泵浦激光器虽然可以无需生长DBR但仍然有着输出功率较低的缺点。本论文通过将具有特殊能带结构的光子晶体结构引入量子点面发射激光器中并加入混合腔的设计,制备出了带边模式的光子晶体面发射激光器（Photonic-Crystal Surface-Emitting Laser,PCSEL）,以达到高温连续激射、降低阈值、提高边模抑制比的目的,并提高输出功率以满足其在实际应用中的条件。本论文主要研究内容和成果如下:1.对光子晶体的特性与光子晶体面发射激光器的谐振与垂直出光原理进行了论述并对如何增强其出光功率做出了讨论。2.对二维光子晶体能带结构的计算方法和光子晶体平带进行了较为详细的介绍和分析。并对实验测量二维光子晶体能带结构的方法进行了论述。3.采用有限元差分法（FDTD）对带边模式光子晶体进行模拟,探究光子晶体各参数对其能带结构的影响并对其能带结构图进行分析,通过调整光子晶体孔径与深度等参数获得在1.3微米波段具有平带奇异点能带结构结构的光子晶体。4.对二维平板光子晶体的制备工艺进中的关键问题行了系统的研究工作,分析了曝光过程中曝光计量以及束流速度对图形的影响,电感耦合等离子体（ICP）刻蚀工艺,深刻蚀光子晶体图形的掩膜选择与制备工艺,并提出了一种新的适用于光子晶体图形深刻蚀的复合掩膜的制备方式,达到简化工艺条件提高光子晶体图形精度的目的。5.首次将具有平带奇异点能带结构的光子晶体引入到带边模式的光子晶体面发射激光器的制备中,从理论上证明具有该结构的光子晶体可以通过增加K空间中Γ点附近群速度为零的位置以提高带边模式光子晶体面发射激光器的谐振效率与输出功率。6.将耦合腔结构应用到1.3μm量子点面发射激光器中,通过将FP腔与光子晶体腔相结合限制光子晶体腔的光泄露,增强光子晶体激光器的横向谐振进一步提高出光功率。得到了室温连续电流条件下输出功率达到13mW且单量子点层阈值电流密度为48.9A/cm2,最小半高宽为0.03nm,且在70 C°条件下仍可工作的面发射激光器。并提出使用具有禁带结构的光子晶体作为限制腔,进一步限制泄露提高输出功率。
二、在1.3μm波段首次实现量子点半导体激光器室温连续振荡（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、在1.3μm波段首次实现量子点半导体激光器室温连续振荡（论文提纲范文）
（1）1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 高速半导体激光器及其研究状况概述 |
| 1.2.1 高速垂直腔面发射激光器(VCSELs)概述 |
| 1.2.2 高速分布反馈(DFB)激光器概述 |
| 1.2.3 高速量子级联激光器(QCLs)概述 |
| 1.2.4 高速光子晶体激光器(PCLs)概述 |
| 1.2.5 高速半导体激光器的瓶颈及发展趋势 |
| 1.3 光子晶体面发射激光器(PCSELs)研究进展 |
| 1.3.1 大面积相干1.3μm PCSELs |
| 1.3.2 PCSELs的光束模式控制 |
| 1.3.3 PCSELs的光束控制 |
| 1.3.4 高亮度PCSELs |
| 1.4 拓扑光子学 |
| 1.4.1 从拓扑电子学到拓扑光子学 |
| 1.4.2 拓扑光子晶体激光器研究进展 |
| 1.5 涡旋光束 |
| 1.5.1 涡旋光束的发展历程 |
| 1.5.2 涡旋光束光通信原理及优势 |
| 1.5.3 OAM模式的复用与解复用 |
| 1.5.4 OAM编码通信技术 |
| 1.5.5 拓扑涡旋激光器研究进展 |
| 1.6 本论文选题依据及主要研究内容 |
| 第二章 高速光子晶体面发射激光器的理论基础 |
| 2.1 半导体激光器速率方程理论 |
| 2.1.1 量子阱激光器速率方程模型 |
| 2.1.2 量子级联激光器速率方程模型 |
| 2.1.3 量子点激光器速率方程模型 |
| 2.2 半导体激光器的直接调制原理 |
| 2.3 光子晶体面发射激光器(PCSELs)的理论基础 |
| 2.3.1 PCSELs带边激射原理 |
| 2.3.2 PCSELs阈值增益 |
| 2.3.3 PCSELs输出光功率 |
| 2.3.4 PCSELs输出光功率的提高方法 |
| 2.3.5 PCSELs三维耦合波理论 |
| 2.4 Purcell因子和自发辐射因子 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 拓扑光子学基础 |
| 3.1 拓扑绝缘体与Dirac方程 |
| 3.1.1 Dirac方程和束缚态的解 |
| 3.1.2 修正的Dirac方程与Z2 拓扑不变量 |
| 3.1.3 拓扑不变量与量子相变 |
| 3.1.4 拓扑保护的边界态解 |
| 3.2 拓扑物理中的经典模型 |
| 3.2.1 Su-Schrieffer-Hegger(SSH)模型 |
| 3.2.2 Haldane模型 |
| 3.2.3 Bernevig-Hughes-Zhang(BHZ)模型 |
| 3.3 光子Dirac锥及其相关物理 |
| 3.3.1 光子晶体中的Dirac锥 |
| 3.3.2 Dirac 光局域模 |
| 3.4 二维光子拓扑绝缘体 |
| 3.4.1 光子拓扑绝缘体中的拓扑不变量 |
| 3.4.2 赝时间反转对称性与赝自旋 |
| 3.4.3 二维拓扑保护边缘态 |
| 3.4.4 拓扑光子晶体的k·P模型 |
| 3.4.5 拓扑光子相变机理 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 1.3μm 高速光子晶体面发射激光器研究 |
| 4.1 双晶格光子晶体谐振腔 |
| 4.1.1 双晶格光子晶体谐振腔的概念 |
| 4.1.2 双晶格光子晶体谐振腔晶格间距的调谐 |
| 4.2 1.3μm高速双晶格光子晶体面发射激光器设计 |
| 4.2.1 异质PCSELs的结构设计 |
| 4.2.2 理论分析 |
| 4.2.3 结论 |
| 4.3 基于Dirac点 1.3μm高速光子晶体面发射激光器的设计 |
| 4.3.1 研究背景 |
| 4.3.2 理论基础 |
| 4.3.3 器件设计 |
| 4.3.4 仿真结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 1.3μm 高速拓扑体态面发射激光器研究 |
| 5.1 高速拓扑体态面发射激光器的设计 |
| 5.1.1 二维拓扑光子晶体谐振腔的设计 |
| 5.1.2 仿真结果 |
| 5.2 理论分析 |
| 5.2.1 蜂窝光子晶体的紧束缚模型 |
| 5.2.2 基于赝自旋能带反转分析 |
| 5.2.3 拓扑谐振腔支持的腔模 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 1.3μm 高速 Dirac 涡旋腔面发射激光器研究 |
| 6.1 矢量光束的理论基础 |
| 6.2 Dirac涡旋腔 |
| 6.2.1 对DFB激光器和VCSELs的拓扑理解 |
| 6.2.2 Jackiw-Rossi零模 |
| 6.2.3 Dirac涡旋腔的参数 |
| 6.2.4 Dirac涡旋腔的性质 |
| 6.3 1.3μm 高速 Dirac 涡旋腔面发射激光器的设计 |
| 6.3.1 异质 Dirac 涡旋腔的设计 |
| 6.3.2 仿真结果 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 本论文主要完成工作 |
| 7.2 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 |
（2）新型低维纳米材料的宽带非线性光学特性及应用研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 几种新型低维纳米材料及其制备与表征 |
| 1.2.1 零维量子点 |
| 1.2.2 二维层状硫族化合物 |
| 1.2.3 金属有机骨架颗粒 |
| 1.2.4 低维纳米材料的制备方法 |
| 1.2.5 低维纳米材料的表征手段 |
| 1.3 脉冲激光技术 |
| 1.3.1 调Q与锁模技术 |
| 1.3.2 可饱和吸收器件研究进展 |
| 1.4 本文主要工作与内容安排 |
| 第二章 低维纳米材料的能带结构计算与非线性光学特性表征 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 第一性原理计算 |
| 2.2.1 密度泛函理论 |
| 2.2.2 广义梯度近似泛函 |
| 2.2.3 计算软件介绍 |
| 2.3 低维纳米材料的非线性光学特性基本理论及测量技术 |
| 2.3.1 低维纳米材料的非线性光学特性基本理论 |
| 2.3.2 Z扫描技术和测量原理 |
| 2.3.3 Z扫描测量装置搭建 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 CdSe/ZnS量子点和BiQDs的非线性光学特性及应用研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 CdSe/ZnS量子点的非线性光学特性及应用研究 |
| 3.2.1 样品制备 |
| 3.2.2 形貌、结构等特性表征 |
| 3.2.3 近红外波段非线性光学特性研究 |
| 3.2.4 基于CdSe/ZnS量子点可饱和吸收体的1和1.3 μm固态调Q激光器 |
| 3.3 BiQDs在2μm波段的可饱和吸收特性及应用研究 |
| 3.3.1 样品制备 |
| 3.3.2 形貌、结构等特性表征 |
| 3.3.3 2 μm波段非线性光学响应特性研究 |
| 3.3.4 基于BiQDs可饱和吸收体的2 μm固态调Q激光器 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 二维硒化物纳米片的宽带非线性光学特性及应用研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 InSe纳米片的宽带可饱和吸收特性及应用研究 |
| 4.2.1 样品制备 |
| 4.2.2 形貌、结构等特性表征 |
| 4.2.3 电子能带结构分析 |
| 4.2.4 近红外波段宽带可饱和吸收特性研究 |
| 4.2.5 基于InSe纳米片可饱和吸收体的1～2 μm固态调Q激光器 |
| 4.3 MoSe_2纳米片在1 μm波段的非线性光学特性及应用研究 |
| 4.3.1 样品制备 |
| 4.3.2 形貌、结构等特性表征 |
| 4.3.3 1 μm波段的非线性光学特性研究 |
| 4.3.4 新型无序激光晶体Nd:CNGG |
| 4.3.5 基于MoSe_2纳米片可饱和吸收体的1μm固态调Q激光器 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 大尺寸单层MoS_2薄膜的宽带非线性光学特性及应用研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 大尺寸单层MoS_2纳米薄膜的制备、表征及电子能带模拟 |
| 5.2.1 样品制备 |
| 5.2.2 形貌、结构等特性表征 |
| 5.2.3 电子能带结构计算 |
| 5.3 大尺寸单层MoS_2薄膜的宽带非线性光学特性研究 |
| 5.3.1 1μm波段的可饱和吸收特性研究 |
| 5.3.2 2μm波段的非线性光学特性研究 |
| 5.4 单层MoS_2薄膜的宽带可饱和吸收特性应用研究 |
| 5.4.1 基于单层MoS_2可饱和吸收体的1μm全固态锁模激光器 |
| 5.4.2 2μm波段新型激光增益晶体Tm,Ho:CaLu_(0.1)Gd_(0.9)AlO_4 |
| 5.4.3 基于单层MoS_2可饱和吸收体的2 μm Tm,Ho:CLGA调Q激光器 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 金属有机骨架ZIF-67的宽带非线性光学特性及应用研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 ZIF-67颗粒的制备与表征 |
| 6.2.1 样品制备 |
| 6.2.2 形貌、结构等特性表征 |
| 6.3 ZIF-67的电子能带结构与宽带非线性光学特性研究 |
| 6.3.1 电子能带结构分析 |
| 6.3.2 近红外波段的非线性光学特性研究 |
| 6.3.3 2μm波段非线性光学特性研究 |
| 6.4 ZIF-67的宽带可饱和吸收特性在脉冲激光器中的应用 |
| 6.4.1 基于ZIF-67可饱和吸收体的1和1.3 μm固态调Q激光器 |
| 6.4.2 基于ZIF-67可饱和吸收体的2μm固态调Q激光器 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 论文主要内容和结论 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间参加科研项目、获得奖励及发表学术论文情况 |
| 附发表论文两篇 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（3）1.55 μm波段硅基Ⅲ-Ⅴ族方形微腔量子点激光器（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 硅基微腔量子点激光器的研究背景 |
| 1.2 光学微腔的分类 |
| 1.3 回音壁型微腔激光器 |
| 1.4 方形微腔量子点激光器研究进展 |
| 1.4.1 微腔激光器研究进展 |
| 1.4.2 硅基量子点激光器研究进展 |
| 1.5 本论文的研究工作 |
| 参考文献 |
| 第二章 时域有限差分法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 二维FDTD方法 |
| 2.2.1 Maxwell方程 |
| 2.2.2 二维Yee氏网格与时域有限差分法 |
| 2.3 三维FDTD方法 |
| 2.3.1 Maxwell方程 |
| 2.3.2 三维Yee氏网格与时域有限差分法 |
| 2.4 Courant数值稳定条件 |
| 2.5 完全匹配层边界条件 |
| 2.6 激励源的设置 |
| 2.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 方形微腔激光器的理论基础与光波导理论 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 方形微腔激光器的理论基础 |
| 3.2.1 方形微腔激光器的模式本征方程 |
| 3.2.2 方形微腔激光器的品质因子与耦合效率 |
| 3.3 光波导理论基础 |
| 3.3.1 平板波导理论中的射线分析法 |
| 3.3.2 平板波导中的电磁场理论 |
| 3.3.3 矩形光波导理论 |
| 3.3.4 波导的损耗 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 1.55 μm波段硅基方形微腔量子点激光器的设计与优化 |
| 4.1 硅基方形微腔激光器的二维光学模式特性 |
| 4.2 1.55 μm波段硅基方形微腔量子点激光器的设计 |
| 4.2.1 1.55 μm波段硅基方形微腔量子点激光器材料结构的设计 |
| 4.2.2 1.55 μm波段硅基方形微腔量子点激光器器件结构的设计 |
| 4.3 仿真结果分析 |
| 4.3.1 方形微腔边长优化 |
| 4.3.2 波导宽度优化 |
| 4.3.3 材料包层厚度优化 |
| 4.3.4 刻蚀深度优化 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于SOI衬底的切角方形微腔激光器与双锥型波导耦合结构的设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 切角方形微腔激光器与波导耦合结构的设计 |
| 5.2.1 选区生长工艺 |
| 5.2.2 切角方形微腔激光器与双锥形波导耦合结构的方案设计 |
| 5.3 基于SOI衬底的器件集成方案研究 |
| 5.3.1 方形微腔激光器的切角宽度优化 |
| 5.3.2 锥形硅波导优化 |
| 5.3.3 锥形Ⅲ-Ⅴ族波导优化 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
| 攻读硕士学位期间申请的发明专利 |
（4）外部扰动下量子点激光器的非线性动力学特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 论文的研究意义 |
| 1.2 论文研究背景 |
| 1.2.1 QDL的结构特点及激射特性 |
| 1.2.2 QDL的发展历程 |
| 1.3 外部扰动下QDL的非线性动力学研究现状 |
| 1.3.1 外部扰动下双态QDL的非线性动力学研究现状 |
| 1.3.2 外部扰动下单态QDL的非线性动力学研究现状 |
| 1.3.3 研究现状综述 |
| 1.4 论文的主要研究内容 |
| 第2章 QDL理论模型描述及数值分析方法 |
| 2.1 QDL的能带结构 |
| 2.2 自由运行下双态QDL的理论模型 |
| 2.2.1 双态QDL的电子-空穴不对称模型 |
| 2.2.2 双态QDL的激子模型 |
| 2.3 自由运行下单态QDL的理论模型 |
| 2.3.1 GS-QDL的激子模型 |
| 2.3.2 ES-QDL的激子模型 |
| 2.4 数值分析方法 |
| 2.4.1 Runge-Kutta算法 |
| 2.4.2 复杂度分析方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 光注入下双态QDL的非线性动力学分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 系统模型和原理 |
| 3.3 结果和讨论 |
| 3.3.1 自由运行下双态QDL的输出特性 |
| 3.3.2 注入强度对系统输出非线性动力学态的影响 |
| 3.3.3 注入强度和频率失谐参数空间中动力学态分布 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 光注入下双态QDL的辐射态开关和双稳 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 理论模型 |
| 4.3 结果和讨论 |
| 4.3.1 P-I曲线和电子逃逸速率对激射性能的影响 |
| 4.3.2 注入电流对开关和磁滞性能的影响 |
| 4.3.3 非均匀展宽因子对开关和磁滞性能的影响 |
| 4.3.4 电子逃逸速率对开关和磁滞性能的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 外部扰动GS-QDL的非线性动力学及其在光生微波中的应用 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 光注入GS-QDL非线性动力学研究 |
| 5.2.1 理论模型描述 |
| 5.2.2 P-I曲线及载流子数随电流变化 |
| 5.2.3 光注入GS-QDL的非线性动力学演化 |
| 5.3 光注入和光反馈下GS-QDL的窄线宽光子微波信号产生 |
| 5.3.1 理论模型描述 |
| 5.3.2 微波频率和微波强度分布 |
| 5.3.3 反馈参数对微波线宽的影响 |
| 5.3.4 最优微波线宽的获取 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 外部扰动ES-QDL的非线性动力学及其在光生微波中的应用 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 光注入ES-QDL的非线性动力学 |
| 6.2.1 理论模型描述 |
| 6.2.2 P-I曲线及载流子动力学 |
| 6.2.3 注入参数对动力学态的影响 |
| 6.2.4 线宽增强因子对动力学态的影响 |
| 6.3 基于ES-QDL的光子微波信号产生 |
| 6.3.1 理论模型描述 |
| 6.3.2 注入系数对微波频率与微波强度的影响 |
| 6.3.3 微波线宽的窄化 |
| 6.3.4 最优微波线宽的获取 |
| 6.4 光反馈下ES-QDL的辐射态开关实验研究 |
| 6.4.1 实验架构 |
| 6.4.2 P-I曲线及自由运行光谱 |
| 6.4.3 外光反馈率和偏置电流对辐射态开关的影响 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结和研究展望 |
| 7.1 研究总结 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间工作情况 |
| 致谢 |
（5）近红外光电子材料与器件的光学性质实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 近红外量子点材料的研究现状 |
| 1.2.1 量子点概述 |
| 1.2.2 近红外量子点的种类及应用 |
| 1.2.3 铅盐量子点材料概述 |
| 1.2.4 铅盐量子点的研究进展 |
| 1.3 硅基光源的研究现状 |
| 1.3.1 硅基光源的应用需求 |
| 1.3.2 非稀土掺杂硅基光源的研究现状 |
| 1.3.3 稀土掺杂硅基光源的研究现状 |
| 1.4 铜锌锡硫薄膜太阳能电池的研究现状 |
| 1.4.1 铜锌锡硫薄膜太阳能电池的概况 |
| 1.4.2 铜锌锡硫薄膜太阳能电池的效率研究 |
| 1.4.3 铜锌锡硫薄膜太阳能电池的缺陷态研究 |
| 1.5 本文的主要内容、研究意义和结构安排 |
| 1.5.1 主要内容 |
| 1.5.2 研究意义 |
| 1.5.3 结构安排 |
| 第二章 红外光谱测试系统的建立与表征样品的信息 |
| 2.1 基于傅里叶变换红外光谱仪的稳态光谱 |
| 2.1.1 傅里叶变换红外光谱仪的结构及工作原理 |
| 2.1.2 稳态光谱原理及其表征技术 |
| 2.2 瞬态光谱测试表征手段 |
| 2.2.1 非平衡载流子寿命测试原理与技术 |
| 2.2.2 超快时间分辨光致发光光谱原理与技术 |
| 2.3 器件发光的近红外成像 |
| 2.4 用于光谱表征样品的制备 |
| 2.4.1 玻璃基PbSe量子点的制备 |
| 2.4.2 掺铒硅材料及器件的制备 |
| 2.4.3 铜锌锡硫薄膜太阳能电池的制备 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 玻璃基PbSe量子点的近红外光学性质研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 PbSe:Glass量子点的尺寸表征 |
| 3.3 PbSe:Glass量子点的稳态光谱表征及数据分析 |
| 3.3.1 PbSe:Glass量子点的变温吸收谱、光致发光谱的表征 |
| 3.3.2 PbSe:Glass量子点的稳态光谱数据分析 |
| 3.4 PbSe:Glass量子点的瞬态光谱表征及数据分析 |
| 3.4.1 PbSe:Glass量子点基态激子寿命表征 |
| 3.4.2 PbSe:Glass量子点时间分辨光致发光谱的表征及数据分析 |
| 3.5 PbSe:Glass量子点多能级发光模型及载流子动力学分析 |
| 3.5.1 PbSe:Glass量子点的多能级发光模型 |
| 3.5.2 PbSe:Glass量子点的载流子动力学量化分析 |
| 3.6 PbSe:Glass量子点作为激光介质材料的应用潜力探讨 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 高效掺铒硅材料及器件的通讯波段发光研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 本章表征所用掺铒硅材料的必要说明 |
| 4.3 掺铒硅材料的光致发光特性研究 |
| 4.3.1 不同退火条件下的掺铒硅变温光致发光光谱表征与分析 |
| 4.3.2 经“深度冷却”后的掺铒硅变激发功率光致发光光谱表征与分析 |
| 4.3.3 经“深度冷却”后的掺铒硅的变温光致发光光谱表征与分析 |
| 4.3.4 经“深度冷却”后的掺铒硅内量子效率 |
| 4.3.5 掺铒硅的透射和反射光谱表征与分析 |
| 4.4 掺铒硅LED器件的电致发光特性研究 |
| 4.4.1 垂直型结构掺铒硅LED器件的电致发光光谱表征与分析 |
| 4.4.2 平面型结构掺铒硅LED器件的电致发光光谱表征与分析 |
| 4.4.3 平面型结构掺铒硅LED器件的近红外成像 |
| 4.5 掺铒硅材料载流子弛豫动力学研究 |
| 4.5.1 1.54μm发光寿命表征与分析 |
| 4.5.2 时间分辨光致发光谱表征与分析 |
| 4.5.3 载流子弛豫动力学分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 铜锌锡硫太阳能电池的缺陷态起源研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 富Sn组分的CZTS薄膜太阳能电池的光学带隙 |
| 5.2.1 CZTS薄膜及器件的透射、反射光谱表征与分析 |
| 5.2.2 CZTS器件的PC光谱表征与分析 |
| 5.3 富Sn组分的 CZTS薄膜太阳能电池缺陷态的 PL光谱表征分析 |
| 5.3.1 变激发功率PL光谱表征与分析 |
| 5.3.2 变温PL光谱表征与分析 |
| 5.4 Sn诱导的CZTS太阳能电池缺陷态起源的分析 |
| 5.4.1 带尾态与深施主缺陷态的起源分析 |
| 5.4.2 CZTS薄膜太阳能电池的PL载流子跃迁机制 |
| 5.5 贫Sn组分对带尾态和深施主缺陷态的优化研究 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历与攻读博士学位期间论文发表情况 |
| 作者简历 |
| 攻读博士学位期间论文发表情况 |
| 致谢 |
（6）基于二氧化钒的可调控太赫兹超材料及其手性特性的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 太赫兹(THz)波简介 |
| 1.1.1 THz波的电磁特性 |
| 1.1.2 THz波的产生 |
| 1.1.3 THz波的探测 |
| 1.1.4 THz波的应用 |
| 1.2 超材料 |
| 1.2.1 结构化的电磁材料 |
| 1.2.2 超材料的研究历史 |
| 1.2.3 超材料的发展方向及其研究现状 |
| 1.3 温控相变二氧化钒(VO_2)薄膜材料 |
| 1.3.1 VO_2薄膜及其相变特性 |
| 1.3.2 VO_2薄膜的生长 |
| 1.3.3 VO_2薄膜的表征 |
| 1.4 本论文的主要研究工作 |
| 第2章 THz超材料的制备工艺及时域光谱表征系统 |
| 2.1 THz超材料制备工艺介绍 |
| 2.1.1 基片预处理 |
| 2.1.2 匀光刻胶 |
| 2.1.3 光刻及套刻 |
| 2.1.4 金属热蒸镀 |
| 2.1.5 反应离子刻蚀 |
| 2.2 基于光电导天线的THz时域光谱表征系统 |
| 2.2.1 光电导效应产生和探测宽带THz波原理简介 |
| 2.2.2 空间光透射式THz时域光谱系统 |
| 2.2.3 空间光反射式THz时域光谱系统 |
| 2.2.4 光纤化角度扫描THz时域光谱系统 |
| 2.2.5 光纤化三维空间扫描THz时域光谱系统 |
| 2.3 基于光整流/电光效应搭建可调谐激发THz时域光谱系统 |
| 2.3.1 光整流/电光效应产生/探测宽带THz波原理简介 |
| 2.3.2 可调谐激发THz时域光谱系统的搭建 |
| 2.4 基于空间光透射式THz时域光谱系统表征VO_2薄膜 |
| 2.4.1 VO_2薄膜的制备工艺及流程 |
| 2.4.2 VO_2薄膜的表征 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 金属二维非手性THz超材料及其主、被动调制 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.1.1 二维超材料简介 |
| 3.1.2 偏振操控二维非手性超材料研究现状 |
| 3.2 具有无数对称轴的二维圆环构建吸收体超材料 |
| 3.2.1 设计方案 |
| 3.2.2 电磁仿真结果与讨论 |
| 3.2.3 吸收体超材料的被动调制 |
| 3.3 具有双垂直对称轴的二维开口环(SRRs)构建宽带手性保持反射镜 |
| 3.3.1 设计方案 |
| 3.3.2 电磁仿真结果与讨论 |
| 3.3.3 宽带手性保持反射镜的被动调制 |
| 3.4 具有单对称轴的二维SRRs构建带阻手性保持反射镜 |
| 3.4.1 设计方案 |
| 3.4.2 电磁仿真结果与讨论 |
| 3.4.3 带阻手性保持反射镜的被动调制 |
| 3.5 温控可调制的手性保持反射镜 |
| 3.5.1 温控可调制的第一类带阻/宽带手性保持反射镜 |
| 3.5.2 温控可调制的第二类带阻/宽带手性保持反射镜 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 金属二维手性THz超材料及其主动调制 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.1.1 二维手性简介 |
| 4.1.2 二维手性超材料的研究现状 |
| 4.2 基于二维手性超材料的THz手性反射镜 |
| 4.2.1 设计方案 |
| 4.2.2 电磁仿真结果与讨论 |
| 4.3 温控可切换的圆转换二向色性二维手性超材料 |
| 4.3.1 设计方案 |
| 4.3.2 电磁仿真结果与讨论 |
| 4.4 基于二维手性复合超材料的温控可切换手性反射镜 |
| 4.4.1 温控左旋圆偏振反射镜与传统反射镜的切换 |
| 4.4.2 温控左旋圆偏振反射镜与手性保持反射镜的切换 |
| 4.4.3 温控左旋圆偏振反射镜与右旋圆偏振反射镜的切换 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 金属三维手性THz超材料及其主动调制 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.1.1 三维手性简介 |
| 5.1.2 三维手性超材料的研究现状 |
| 5.2 温控可调制的线偏振非对称传输超材料 |
| 5.2.1 超材料的对称性及其电磁响应分析 |
| 5.2.2 设计方案 |
| 5.2.3 电磁仿真结果与讨论 |
| 5.2.4 温控线偏振非对称传输效应 |
| 5.3 温控可调制的光学活性及线偏振转换超材料 |
| 5.3.1 设计方案 |
| 5.3.2 电磁仿真及实验测量结果与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 介质手性THz超材料及其双带高效功能器件 |
| 6.1 研究背景 |
| 6.1.1 二次旋转对称二维手性超材料的电磁响应 |
| 6.1.2 高效偏振操控超材料的研究现状 |
| 6.2 手性切换的双带高效非对称传输超材料 |
| 6.2.1 设计方案 |
| 6.2.2 电磁仿真结果及讨论 |
| 6.3 覆盖2π相位周期的手性切换双频介质超材料 |
| 6.4 手性切换的双频高效异常衍射光栅 |
| 6.5 手性切换的双频高效全息成像超材料 |
| 6.6 本章小结 |
| 第7章 金属等离子体诱导透明THz超材料及其主、被动调制 |
| 7.1 研究背景 |
| 7.1.1 电磁诱导透明(EIT)与等离子体诱导透明(PIT)效应简介 |
| 7.1.2 PIT超材料的研究现状 |
| 7.2 三能级明模-明模耦合PIT THz超材料及其主/被动调制 |
| 7.2.1 设计方案 |
| 7.2.2 电磁仿真及实验表征结果与讨论 |
| 7.2.3 PIT超材料的被动调制与鲁棒性能分析 |
| 7.2.4 温控可调制的PIT超材料 |
| 7.2.5 偏振无关的PIT超材料及其温控调制 |
| 7.2.6 偏振切换的双带PIT超材料及其温控调制 |
| 7.3 四能级双透明窗口PIT超材料及其被动调制 |
| 7.3.1 四能级EIT现象的能级耦合分析 |
| 7.3.2 设计方案 |
| 7.3.3 双透明窗口PIT超材料的被动调制与讨论 |
| 7.4 四能级双透明窗口PIT超材料的温控调制 |
| 7.5 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文及参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（7）高性能稀土离子掺杂中红外固体激光及光学参量振荡器研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 引言 |
| 1.1 中红外波段激光应用 |
| 1.2 中红外固体激光器研究现状 |
| 1.2.1 1.6μm波段固体激光器 |
| 1.2.2 2μm波段固体激光器 |
| 1.2.3 3μm波段固体激光器 |
| 1.2.4 PPLN光学参量振荡器 |
| 1.3 本论文所用的激光晶体 |
| 1.3.1 Er~(3+)离子掺杂晶体 |
| 1.3.2 Tm~(3+)离子掺杂晶体 |
| 1.3.3 Ho~(3+)离子掺杂晶体 |
| 1.4 本论文的主要研究工作及创新点 |
| 第二章 Er~(3+)离子掺杂1.6μm波段固体脉冲激光研究 |
| 2.1 2D纳米材料可饱和吸收原理 |
| 2.2 WS_2被动调Q Er:YAG激光特性研究 |
| 2.2.1 WS_2-SA制备与表征 |
| 2.2.2 WS_2被动调Q Er:YAG激光特性研究 |
| 2.3 BP被动调Q Er:YAG激光特性研究 |
| 2.3.1 BP-SA制备与表征 |
| 2.3.2 BP被动调Q Er:YAG激光特性研究 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 掺Tm~(3+)离子高功率连续波激光特性研究 |
| 3.1 LD翼泵浦Tm:LuAG晶体连续波激光研究 |
| 3.2 Tm:YAP晶体双棒串接高功率连续波激光研究 |
| 3.2.1 双棒串接谐振腔设计 |
| 3.2.2 单Tm:YAP晶体连续波激光研究 |
| 3.2.3 Tm:YAP晶体双棒串接高功率连续波激光研究 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 掺Tm~(3+)离子大能量短脉冲及超短脉冲激光研究 |
| 4.1 Tm:LuAG晶体大能量短脉冲激光研究 |
| 4.1.1 电光Q开关原理 |
| 4.1.2 大能量电光调Q Tm:LuAG激光研究 |
| 4.2 Tm:CGA晶体连续波锁模超短脉冲激光研究 |
| 4.2.1 锁模基本原理 |
| 4.2.2 SESAM工作原理 |
| 4.2.3 LD泵浦Tm:CGA晶体连续波锁模激光特性研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 掺Ho~(3+)离子中红外固体激光研究 |
| 5.1 共振泵浦Ho:YAP晶体2.1μm波段激光研究 |
| 5.1.1 共振泵浦Ho:YAP晶体2.1μm连续波激光研究 |
| 5.1.2 共振泵浦Ho:YAP晶体2.1μm)光调Q激光研究 |
| 5.2 LD泵浦Ho~(3+),Pr~(3+)共掺LuLiF_4晶体3μm波段激光研究 |
| 5.2.1 LD泵浦Ho,Pr:LiLuF_4晶体连续波激光特性研究 |
| 5.2.2 LD泵浦Ho,Pr:LiLuF_4晶体被动调Q激光特性研究 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 高功率2μm波段激光泵浦MgO:PPLN光学参量振荡器研究 |
| 6.1 光参量振荡原理 |
| 6.2 准相位匹配原理 |
| 6.3 PPLN晶体准相位匹配温度—波长调谐特性分析 |
| 6.4 2μm波段激光泵浦MgO:PPLN光学参量振荡器研究 |
| 6.4.1 实验装置 |
| 6.4.2 实验结果及讨论 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 全文总结 |
| 7.1 本文的主要研究内容 |
| 7.2 待研究的问题 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间参加的项目、获得的奖励及发表的论文 |
| 附: 外文论文两篇 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（8）低维材料复合光电探测器制备与性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 石墨烯的结构与性质 |
| 1.2.1 石墨烯的晶体结构 |
| 1.2.2 石墨烯的特性 |
| 1.3 过渡金属硫化物(TMDCs) |
| 1.3.1 二维TMDCs |
| 1.3.2 TMDCs的晶体结构 |
| 1.3.3 TMDCs的光电特性 |
| 1.4 三维狄拉克半金属 |
| 1.4.1 三维狄拉克半金属砷化镉的电学特性 |
| 1.4.2 狄拉克半金属光电探测器 |
| 1.5 二维材料光电探测器 |
| 1.5.1 二维材料光电探测器的工作原理 |
| 1.5.2 光电探测器的性能指标 |
| 1.6 基于石墨烯的太赫兹波段调制器 |
| 1.6.1 石墨烯的光电导 |
| 1.6.2 石墨烯太赫兹调制器的研究背景 |
| 1.6.3 石墨烯太赫兹调制器 |
| 1.7 论文选题依据及主要研究工作 |
| 第二章 二维材料复合光电探测器的制备、表征与测试 |
| 2.1 二维材料及其光电器件的制备 |
| 2.1.1 机械剥离法制备二维材料 |
| 2.1.2 化学气相沉积法 |
| 2.1.3 异质结的制备 |
| 2.1.4 电极的制备以及材料刻蚀 |
| 2.2 材料与器件的表征 |
| 2.2.1 拉曼光谱仪 |
| 2.2.2 金相显微镜 |
| 2.2.3 紫外可见分光光度计 |
| 2.2.4 扫描电子显微镜 |
| 2.2.5 原子力显微镜 |
| 2.2.6 台阶仪 |
| 2.3 器件的测试 |
| 2.3.1 测试使用的主要仪器设备 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 石墨烯超材料的太赫兹调制仿真 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 石墨烯超材料的模型 |
| 3.3 影响石墨烯超材料的消光特性参数研究 |
| 3.3.1 费米能级的影响 |
| 3.3.2 弛豫时间的影响 |
| 3.3.3 图形尺寸的影响 |
| 3.4 其他结构的数值仿真 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 石墨烯及掺杂型光电探测器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 石墨烯的表征 |
| 4.2.1 可见光图像 |
| 4.2.2 不同层数石墨烯的拉曼光谱 |
| 4.3 石墨烯的光学和电学表征测试 |
| 4.3.1 单层石墨烯的透射光谱 |
| 4.3.2 单层石墨烯的狄拉克点 |
| 4.3.3 单层石墨烯的光响应 |
| 4.4 TiO_2掺杂的横向p-n-p型石墨烯光电探测器 |
| 4.4.1 石墨烯/TiO_2纳米管光电探测器制备 |
| 4.4.2 石墨烯/TiO_2纳米管光电探测器表征 |
| 4.4.3 石墨烯/TiO_2纳米管光电探测器性能与响应机理 |
| 4.5 量子点掺杂的石墨烯光电探测器 |
| 4.5.1 CuInS_2/ZnS量子点掺杂型石墨烯光电探测器制备 |
| 4.5.2 BP-QDs复合PbS-QDs掺杂型石墨烯光电探测器 |
| 4.6 热释电材料掺杂的石墨烯光电探测器 |
| 4.6.1 钽酸锂掺杂型石墨烯光电探测器制备 |
| 4.6.2 钽酸锂掺杂型石墨烯光电探测器性能研究 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 石墨烯异质结光电探测器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 石墨烯/二硫化钼异质结光电探测器 |
| 5.2.1 器件制备 |
| 5.2.2 厚度测试 |
| 5.2.3 I-V曲线 |
| 5.2.4 不同光功率的异质结性能 |
| 5.2.5 异质结的频谱响应 |
| 5.2.6 响应时间 |
| 5.2.7 异质结与原材料性能对比 |
| 5.3 石墨烯/二硫化钨异质结光电探测器 |
| 5.3.1 器件制备 |
| 5.3.2 I-V曲线 |
| 5.3.3 不同光功率的异质结性能 |
| 5.3.4 异质结的频谱响应 |
| 5.3.5 响应时间 |
| 5.3.6 异质结与原材料性能对比 |
| 5.4 石墨烯/二硒化钼异质结光电探测器 |
| 5.4.1 器件制备 |
| 5.4.2 I-V曲线 |
| 5.4.3 不同光功率的异质结性能 |
| 5.4.4 异质结的频谱响应 |
| 5.4.5 响应时间 |
| 5.5 石墨烯/二硒化钨异质结光电探测器 |
| 5.5.1 器件制备 |
| 5.5.2 I-V曲线 |
| 5.5.3 不同光功率的异质结性能 |
| 5.5.4 异质结的频谱响应 |
| 5.5.5 响应时间 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 砷化镉异质结光电探测器 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 砷化镉-二硫化钼垂直异质结光电探测器 |
| 6.2.1 砷化镉/二硫化钼光电探测器制备 |
| 6.2.2 砷化镉/二硫化钼光电探测器性能测试 |
| 6.3 有机钙钛矿量子点掺杂砷化镉光电探测器 |
| 6.3.1 有机钙钛矿FaPbBr_3掺杂砷化镉光电探测器的制备 |
| 6.3.2 有机钙钛矿FaPbBr_3掺杂砷化镉光电探测器的性能 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 本文创新点 |
| 7.3 前景展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（9）1.3μm半导体量子点激光器的研究进展（论文提纲范文）
| 1 引 言 |
| 2 量子点材料 |
| 3 GaAs基量子点激光器 |
| 3.1 低阈值电流 |
| 3.2 高温度稳定 |
| 3.3 高调制速率 |
| 3.4 抗反射特性 |
| 3.5 激发态及双态激射 |
| 4 Si基量子点激光器 |
| 4.1 斜切角硅基直接外延 |
| 4.2 Si(001)晶向直接外延 |
| 5 总结与展望 |
（10）1.3微米量子点带边模式光子晶体面发射激光器的理论研究与工艺制备（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 光子晶体概述 |
| 1.2.1 光子晶体简介 |
| 1.2.2 光子晶体类型 |
| 1.2.3 光子晶体研究方法 |
| 1.3 光子晶体特性 |
| 1.3.1 光子禁带 |
| 1.3.2 光子局域 |
| 1.3.3 Purcell效应 |
| 1.3.4 偏振特性 |
| 1.4 光子晶体应用 |
| 1.4.1 光子晶体波导 |
| 1.4.2 光子晶体光纤 |
| 1.4.3 微波天线 |
| 1.4.4 光子晶体超棱镜 |
| 1.4.5 光子晶体激光器 |
| 1.5 本论文主要工作 |
| 第2章 光子晶体带边模式激光器基础 |
| 2.1 带边模式光子晶体激光器基本原理 |
| 2.2 带边模式光子晶体面发射激光器研究进展 |
| 2.3 带边模式光子晶体激光器功率增强方法 |
| 2.3.1 垂直方向加入布拉格反射镜(DBR) |
| 2.3.2 非对称空气孔增强垂直辐射常数 |
| 2.3.3 双晶格光子晶体结构 |
| 2.3.4 耦合腔 |
| 2.3.5 引入拓扑光子晶体 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 光子晶体能带计算与测试 |
| 3.1 光子晶体能带计算 |
| 3.1.1 平面波展开法(Plane Wave Expansion Method,PWM) |
| 3.1.2 传输矩阵法(Transfer Matrix Methods,TMM) |
| 3.1.3 有限时域差分法 |
| 3.2 FDTD软件模拟 |
| 3.3 能带测试方法 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 光子晶体面发射激光器的制备 |
| 4.1 光子晶体面发射激光器制备工艺流程 |
| 4.2 电子束曝光 |
| 4.2.1 电子束曝光简介 |
| 4.2.2 电子束曝光光刻胶与掩膜制备工艺 |
| 4.2.3 电子束曝光设备的操作与相关问题 |
| 4.3 薄膜生长工艺 |
| 4.4 光刻工艺 |
| 4.5 刻蚀工艺 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 采用平带结构进行功率增强的PCSEL |
| 5.1 平带理论 |
| 5.1.1 完全平带 |
| 5.1.2 部分平带 |
| 5.2 平带增强功率原理 |
| 5.3 具有平带的耦合腔1.3μm量子点PCSEL测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结和展望 |
| 6.1 本论文主要完成工作 |
| 6.2 在学期间所取得的主要成果和创新工作 |
| 6.3 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 |
四、在1.3μm波段首次实现量子点半导体激光器室温连续振荡（论文参考文献）
- [1]1.3μm高速光子晶体面发射激光器与拓扑面发射激光器研究[D]. 李儒颂. 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(08)
- [2]新型低维纳米材料的宽带非线性光学特性及应用研究[D]. 潘瀚. 山东大学, 2021(11)
- [3]1.55 μm波段硅基Ⅲ-Ⅴ族方形微腔量子点激光器[D]. 杨苑青. 北京邮电大学, 2021(01)
- [4]外部扰动下量子点激光器的非线性动力学特性研究[D]. 蒋再富. 西南大学, 2021(01)
- [5]近红外光电子材料与器件的光学性质实验研究[D]. 洪进. 华东师范大学, 2021(12)
- [6]基于二氧化钒的可调控太赫兹超材料及其手性特性的研究[D]. 刘蒙. 天津大学, 2020(01)
- [7]高性能稀土离子掺杂中红外固体激光及光学参量振荡器研究[D]. 郭磊. 山东大学, 2020(01)
- [8]低维材料复合光电探测器制备与性能研究[D]. 黄泽华. 电子科技大学, 2020(01)
- [9]1.3μm半导体量子点激光器的研究进展[J]. 吕尊仁,张中恺,王虹,丁芸芸,杨晓光,孟磊,柴宏宇,杨涛. 中国激光, 2020(07)
- [10]1.3微米量子点带边模式光子晶体面发射激光器的理论研究与工艺制备[D]. 陆寰宇. 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), 2020(08)