【摘 要】
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纳米线/带具有体积小、表面质量高、光局域能力强等特点,得到了广泛关注和研究。基于半导体纳米线/带的纳米激光器实现了亚波长尺度的纳米相干光源,可应用于集成光子芯片、低功耗光传感器、高分辨成像探测等领域。目前,采用不同半导体材料制备的纳米线/带激光器覆盖了从紫外光到近红外光的整个波段。为了使纳米线/带激光器的功能更加完备,更好地满足实际应用需求,国际上开展了大量关于纳米线/带激光器参数如波长、模式、偏
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纳米线/带具有体积小、表面质量高、光局域能力强等特点,得到了广泛关注和研究。基于半导体纳米线/带的纳米激光器实现了亚波长尺度的纳米相干光源,可应用于集成光子芯片、低功耗光传感器、高分辨成像探测等领域。目前,采用不同半导体材料制备的纳米线/带激光器覆盖了从紫外光到近红外光的整个波段。为了使纳米线/带激光器的功能更加完备,更好地满足实际应用需求,国际上开展了大量关于纳米线/带激光器参数如波长、模式、偏振、阈值等的调控及优化工作。但对于偏振和模式等调控的研究报道尚不多见。同时,目前的参数调控工作一般是在单个纳米线/带激光器中实现某个单一参数的调控,难以集成多参数调控。根据以上研究背景,本论文开展了关于纳米线/带激光器制备和参数调控的研究工作。基于改进的VLS方法,制备了多种不同类型的纳米线/带。以此为基础,提出了石墨烯/纳米带复合结构偏振光源,解决了纳米带激光器输出光偏振态的随机性问题,实现了纳米带激光器的统一 TE偏振输出。为进一步提高纳米线/带激光器的偏振度并在单一激光器中集成更多参数调控功能,扩展纳米线/带激光器功能性,论文提出并设计了具有表面微纳结构的新型纳米带,实现了具有横向发光、单模、高偏振、低阈值等特性的纳米带激光器。论文第一章概述了纳米线/带激光器的研究现状,介绍了发光波长覆盖紫外光到近红外光的一系列半导体纳米线/带激光器,并重点围绕纳米线/带激光器的波长调控、模式调控和偏振调控等方面的研究进行了概述。论文第二章介绍半导体纳米线/带的制备方法和表征方法。首先论述了使用气体-液体-固体（VLS:VaporLiquid Solid）方法生长纳米线的基本原理,介绍了移动源VLS方法的实验系统及制备方法,并采用该系统制备了 CdS、CdSe、CdTe、CdSSe、Zn3As2等多种纳米线/带样品。进而,总结了用于纳米线/带结构表征的常用方法和装置,并论述了对纳米线/带进行光学表征和测试所采用的仪器装置与测试方法。论文第三章利用石墨烯对不同模式光的吸收差异特性,通过仿真分析设计了石墨烯/纳米带复合结构偏振光源。采用机械剥离法获得的石墨烯和VLS方法生长的CdSe纳米带制备了复合结构光源。该复合结构光源在荧光和激光状态下,其出射光偏振态均为统一的TE偏振,解决了纳米带光源输出光偏振态的随机性问题。第四章中为提高纳米线/带激光器的输出光偏振度并在单个纳米线/带激光器中实现多参数调控功能,通过仿真分析设计了具有线型和带型表面微结构的横向发光纳米带激光器。采用生长参量控制的VLS方法制备了具有表面微结构的CdSe纳米带激光器。实验测试表明,该横向发光激光器的偏振度为0.91,是目前报道的纳米线/带激光器中的最高值。同时,该微结构纳米带在单个激光器中同时实现了偏振、阈值和模式的优化与调控。第五章对本论文的工作进行了总结,指出了相关工作存在的不足。同时,对本文工作的未来发展进行了讨论和展望。纳米线/带激光器的参数调控对其实际应用意义重大,该领域的研究工作还将继续推进纳米激光器的发展,为微纳光子器件的集成应用提供技术基础。
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