王吉有[1]2001年在《光学微球腔中的若干光学新现象研究》文中研究表明吸收系数较低的介电微球（直径从几微米到几百微米之间）是品质因数很高的光学微腔。这类介电微球对光的辐射压、瑞利散射、拉曼散射、荧光发射、吸收系数及消光系数等存在波长依赖效应，展现在光谱中都存在很窄的共振峰，这些峰的位置（波长）依赖于微球的形貌（尺寸、形状和折射率）。这类介电微球可被用于低阈值微球激光器、室温烧孔存储器、窄带信道下载滤波器、腔量子电动力学效应等现象的应用和研究。本论文全面系统地研究了玻璃微球的腔量子电动力学效应、玻璃微球内稀土材料和基质材料的荧光光谱（含上转换发光）和拉曼光谱的形貌共振、玻璃微球对其外表面附近荧光光谱的调制，在这个领域取得了若干新结果： 1．首先从理论上分析了影响微球腔量子电动力学效应的因素，得出：对于直径大于20μm的微球腔，在其自然共振频率处，光子自发辐射速率相对于自由空间中的增强因子（即腔量子电动力学效应增强因子）随尺寸参量的增大而减小，随材料折射率的增大而增加。 2．首次测量了高钡玻璃微球的荧光发射光谱和TiBa玻璃微球的喇曼光谱，并对测量结果进行了分析，得出高钡玻璃微球材料在760nm处的折射率为1.874，微球腔内TE_(88)~2形貌共振腔模的腔量子电动力学效应增强676倍，即获得了自发辐射速率增强高达676倍的胶量子电动力学增强效应。 3．首次制备了掺稀土Er~(3+)以及Er~(3+)/Yb~(3+)共掺的高折射率BTS玻璃微球，使用633nm和976nm激光激发，测量了BTS玻璃以及该材料微球的上转换绿光发光，绘出了荧光发射强度随泵浦光功率的变化曲线并进行了拟合，证实其发光为双光子吸收发光。在微球的荧光光谱上发现了很强的形貌共振峰。 4．首次发现，使用976nm激发时，Er~(3+)/Yb~(3+)共掺BTS玻璃的525nm发光峰强度与548nm发光峰强度的比值随泵浦功率的变化而变化，在低泵浦功率（小于30mW）时，525nm峰强度小于548nm峰强度，而当泵浦功率大于30mW（面功率密度1000W/cm~2）时，525nm峰的强度大于548nm峰的强度，其强度差越来越大。我们对此现象进行了研究，发现是被测材料吸收泵浦光能量后的温度升高导致~2H_(11/2)和~4S_(3/2)两能级中布居数比值变化而引起的。 5．测量并分析了玻璃微球外表面oxazine1液体染料荧光的发射光谱和玻璃微球外包有恶嗪染料薄层的染料的荧光光谱。结合实验，对H.Fujiwara等人提出的介电微球外表面附近荧光材料发光调制机理的解释进行了讨论，指出他们解释的不完整性，我们指出：荧光形貌共振峰是与微球产生作用的荧光被微球散射而形成的形貌共振峰。未进入微球内共振模而从微球射出的荧光以及被微球散射的荧光中不满足形貌共振条件的部分直接照向探测器，共同形成荧光背底，因此我们测量到的荧光背底比从易逝场理论出发估计的值要大得多。
林星[2]2017年在《基于胶体量子点的光子器件》文中进行了进一步梳理胶体量子点,又称纳米晶,是指用化学方法合成的叁个维度尺寸均在1～10nm范围的半导体颗粒,它是当代纳米技术研究的热点之一。由于量子限域效应,胶体量子点展现出不同于半导体体材料的电学和光学特性,包括荧光发射波长强烈依赖于粒径尺寸以及相比于量子阱更为集聚的态密度分布等。此外,胶体量子点合成过程相较于传统半导体生长加工技术而言成本低,耗时短,并且与喷墨印刷及旋涂工艺兼容。因此,胶体量子点在晶体管,太阳能电池,发光二极管,激光二极管,二倍频产生,量子信息,医学成像等诸多领域受到了广泛关注。本论文基于胶体量子点的荧光性质,探索了其在产生激光以及单光子发射两方面的应用。论文首先回顾了胶体量子点在光放大方面的已有研究成果,介绍了胶体量子点产生受激辐射的机制。接着,演示了一种基于微球腔和胶体量子点的光泵浦激光器。在该实验中,我们在不存在稳定几何轨道的过渡区域观察到激射现象。我们结合实验观测结果,利用叁维有限时域差分方法计算微球腔内的模式分布,并提出有效半径概念来解释这一新现象。在单光子产生方面,我们提出使用微纳光纤与胶体量子点耦合的方式,将单个胶体量子点荧光耦合入微纳光纤,进而直接导入到商用单模光纤中。我们成功演示了直接从光纤端输出的单光子源。实验结果表明微纳光纤收集效率比用水浸物镜收集再导入光纤的效率高一个数量级以上。与其他方案相比,我们的方案具有响应带宽大,出射光束形状与光纤传播模式匹配等优势。相较于光激发单光子源,电激发方式因更利于芯片级集成而在实际应用中更受青睐。本论文回顾了现有的室温电注入单光子源的实现方式,并指出在此类器件中,如何将载流子复合电流集中到特定发光中心而非其他缺陷中心或载流子传输层是实现高纯度电注入单光子源的关键。我们提出在传统胶体量子点发光二极管结构的电子和空穴传输层中引入一层合适厚度的绝缘层,将分立的胶体量子点埋在此绝缘层中。该绝缘层极大地降低了(空穴)直接向空穴(电子)传输层迁移的速率,而没有过分阻挡电子(空穴)向量子点的迁移。实验结果表明,该方案的确能有效抑制空穴传输层的电致荧光带来的背景噪声。基于上述的结构设计,我们首次实现了室温工作的电注入高纯度单光子发射。实验中最优器件的电致荧光双光子发射概率比同种胶体量子点的光致荧光双光子发射概率更低。为了解释该现象,我们深入分析了电注入方式和光注入方式中激子/载流子的动态过程的异同,发现量子点在电激发条件下,双激子的产生速率更低。基于该思想,我们使用速率方程对两种激发方式进行了数值仿真计算,结果与实验吻合。
参考文献：
[1]. 光学微球腔中的若干光学新现象研究[D]. 王吉有. 南开大学. 2001
[2]. 基于胶体量子点的光子器件[D]. 林星. 浙江大学. 2017
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