量子点光子晶体激光器的理论研究与工艺制备

	量子点光子晶体激光器的理论研究与工艺制备
	邢恩博
	2016-04-01
发表期刊	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
期号	3
摘要	光子晶体是一种材料折射率周期性变化的微结构,在该结构中可以对光的传播实现有效的控制。光子晶体纳腔激光器因其具有超高的品质因子(Q值)、亚波长量级的模式体积,以及易于集成等优点,在近些年中受到了广泛的关注和研究。以量子点作为增益材料介质的光子晶体纳腔激光器因其具有低阈值、低功耗、高速调制等特点,在片上集成、量子通讯、生物传感等领域有着巨大的应用前景。本文围绕“量子点光子晶体激光器的理论研究与工艺制备”主题,在理论上对1.3-mm In As/Ga As量子点在光子晶体微腔中的载流子动力学、阈值以及调制响应特性进行了系统的研究,在实验上对高Q值、低模式体积Ga As基二维光子晶体纳腔制备中的关键问题展开了一系列研究工作,最后对于耦合纳腔阵列进行了研究讨论。本论文的主要研究内容和创新性如下:1.纳腔效应被首次引入到1.3-mm In As/Ga As量子点全路径弛豫动力学方程中,考虑到高珀赛尔(Purcell)效应下自发辐射因子的增大,光子寿命的提高,以及自发辐射寿命的降低等影响。通过计算得到:高品质因子导致载流子基态占据几率的降低,并且得到阈值对于品质因子的非线性依赖关系;理论上在Q值等于2500时,得到大于100GHz的3d B调制带宽;在Q值为7000时,传输损耗最低。2.对光子晶体结构的色散关系的计算方法进行了具体的介绍和分析,其中重点讨论了平面波展开法和有限时域差分法。其中针有限时域差分法,我们对其边界条件、激励源的设置以及计算的稳定性等进行了详细的研究。3.对光子晶体平板结构的工艺制备过程的关键问题展开了系统的研究工作,主要包括电子束曝光工艺、ICP干法刻蚀工艺以及湿法腐蚀工艺。重点分析了电子束曝光过程中曝光剂量,束流的速度以及步长等对图形的影响,同时对ICP干法刻蚀和湿法腐蚀工艺进行了优化,制备了具有良好形貌的光子晶体平板结构。4.使用有限元差分法(FDTD)对光子晶体纳腔结构进行优化设计,制备了高Q值正六边形耦合光子晶体阵列激光器。该结构通过相邻腔之间的倏逝波耦合,出现多个光学模式,通过对相邻纳腔之间的空气孔的尺寸的调节(即光学势垒),优化出了最高的Q值,这种结构对于解决耦合阵列会降低Q值的问题提供一个有效的方法。
关键词	光子晶体量子点速率方程微纳腔激光器耦合阵列
语种	中文
文献类型	期刊论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/57652
专题	中科院长春光机所知识产出
推荐引用方式 GB/T 7714	邢恩博. 量子点光子晶体激光器的理论研究与工艺制备[J]. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,2016(3).
APA	邢恩博.(2016).量子点光子晶体激光器的理论研究与工艺制备.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(3).
MLA	邢恩博."量子点光子晶体激光器的理论研究与工艺制备".中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 .3(2016).