基于SPP的微纳半导体激光光源

金属表面等离子体共振效应能通过金属薄层表面的周期性空间结构调制纳米光源的输出功率和出射光束束斑特性，使微小光源输出功率增加，出射光束发散角减小，从而使整个器件的输出功率密度大大提高，这对超高密度光存储、高分辨近场扫描有源探针、纳米光刻、局域喇曼散射增强的生物探测分析、光电集成回路等有着极为重要的应用前景。在这种效应中，金属结构还体现出光子能带、超透射等全新的物理现象，已经成为国际上理论和实验研究的新热点。SPP微小孔径激光器已经取得了较大的研究进展，但目前其输出功率和束斑特性尚未能满足更高密度光盘数据读写、突破衍射限制的准远场的高分辨纳米表征探测等的应用要求。如果能结合半导体增益介质和金属ＳＰＰ纳米结构的光场的调控作用，制备出纳米尺度的用于光电集成的激光光源，利用金属表面等离子体共振效应提高亚波长孔径激光器的输出功率和束斑质量，无论在学术或应用上都将具有极为重要的意义。

在SPP效应基本理论和实验研究方面，建立了计算金属纳米结构SPP激发效率的解析模型，并利用数值仿真的办法证明了该模型的有效性。为SPP耦合结构的设计提供了理论依据，指导了基于SPP的微纳半导体激光器的设计。设计制备出表面等离激元高效耦合结构。研究了介质波导-金属纳米结构中的Fano振荡效应和电磁诱变透明（EIT）现象，获得了电磁诱变窗口仅8nm的原型器件。.在SPP半导体激光器研制方面，实现基于SPP的激光器腔内模式选择，出射光束的偏振选择和光束整形。获得了国际上最大功率的微孔激光器。开展微孔阵列激光器的研制，获得3X3阵列微纳激光器样品。在国际上首次获得集成的矢量偏振半导体激光器。通过金属同轴圆环结构的SPP调制效应，在国际上首次实现了具有亚波长自聚焦光斑的径向偏振半导体激光器。.在基于SPP的硅基发光方面，制备出发光波长与金SPP波导匹配的富硅氮化硅材料，并通过时间分辨光致发光（TRPL）测试了Purcell 系数，获得了最高为3倍的增强效应。该成果入选“2013中国光学重要成果”.开展了新型有源材料和器件的SPP效应研究工作，理论分析了可调谐表面等离子有源滤波、石墨烯表面等离子共振增强等新材料有源纳米结构器件。. 本项目实施过程中，项目组在SPP的半导体光源方面在APL、OL、OE等国际期刊和本领域重要的国际会议(CLEO等)上发表论文40篇，其中在国际期刊(如APL,OL等)发表论文7篇。培养研究生19名，授权国家发明专利5项，申请发明专利8项，软件著作权两项。项目组通过积极参与相关领域主流国际会议、邀请国外专家访问等方式，与国外同行进行了深入的学术交流与合作。认真执行经费管理规定，经费支出仅有国际交流费等略有调整。