微纳米氧化锌结构中的回音壁模极化激元受激辐射研究

本项目旨在利用氧化锌材料的宽带隙、强激子束缚能、高折射率和非线性光学特性,采用微区单光子和多光子泵浦扫描激发的实验方法，研究微纳米氧化锌结构中的回音壁光学腔模和激子耦合形成极化激元荧光辐射的物理过程。利用角分辨光谱测试方法，进一步实现极化激元凝聚过程与不同偏振态输出的回音壁模受激辐射现象，构建超低阈值和高品质因子的极化激元微纳激光器，理论建模分析其物理机制。利用银纳米颗粒或薄膜修饰回音壁模腔体表面，实现表面等离激元增强的回音壁模微纳激光腔体，进一步提高回音壁模极化激元激射的性能。本项目主要探索上述内容，为实现超低阈值和超高品质因子的微纳激光器提供理论和实验依据。

本项目研究过程中，我们主要对氧化锌微腔结构、载流子浓度相关的电子-空穴等离子微激光、Sn掺杂调控载流子浓度及发光寿命、表面等离激元增强氧化锌微激光等相关内容进行了深入研究。主要研究成果如下：.利用气相传输法制备了氧化锌四脚结构光学微腔、十二边形微腔结构、六角碟状结构，利用这些结构构建了借光微腔。采用325nm飞秒激光作为泵浦源，研究了氧化锌四脚结构中弯曲Fabry-Perot模式P-band激光。研究了十二边形结构中单光子及双光子P-band辐射的物理机制。研究了ZnO:Sn微米碟单光子回音壁模受激辐射及双光子电子空穴等离子受激辐射。利用金纳米粒子修饰ZnO纳米棒表面，获得了局域表面等离激元共振增强ZnO纳米棒双光子受激辐射。研究了氧化锌回音壁微腔及Fabry-Perot微腔内形成电子-空穴等离子体激元微激光形成过程，归纳了该激光光谱随载流子浓度增大表现出的三大特征：（1）谱带红移；（2）模式蓝移；（3）谱带及模式展宽。并且利用量子多体理论进行了数值模拟。利用Ag、石墨烯修饰ZnO微米棒表面，获得了表面等离激元增强的局域WGM激射现象，该效应降低了WGM激射阈值并提高了品质因子。利用气相传输法制备了SnO2/ZnO异质结纳米刷结构、Ag/ZnO微米线/Ag肖特基型MSM结构紫外光电探测器。该器件具有高光电流增益及快相应速度。利用掺杂工艺实现了波长在510nm至720nm之间颜色可调的CdSeS三元II-VI族半导体微米带结构，并实现波长可调的F-P激光。目前共计发表SCI论文12篇，获得教育部高等学校自然科学二等奖。