Photonic crystal (PhC) provides a promising platform for the generation, propagation, and manipulation of photons by employing its unique optical properties like photonic bandgap, photonic density of states, and defect states. PhC high-quality factor (high-Q) microcavity can have a very high quality factor and can offer a powerful mean to control the photoluminescence. In this project, we will first design and realize silicon-based high-Q PhC microcavities interaction with the excitons in a two-dimensional semiconductor of MeTe2. First, we will establish the simulation model and obtain the composite PhC cavity with high-Q. We will improve our nanofabrication technologies on electron beam lithography, inductively coupled plasma etching and other related sample processes in order to fabricate PhC cavity with high very quality. Second, we will develop a secondary micro-/nano-fabrication technology to make some defects in MoTe2 at the desired position of PhC microcavities. Third, we will measure both the static spectra and radiation dynamics and study experimentally various phenomena, such as modifications of spontaneous emission, Rabi-splitting, and analyze their relationship with local density of optical states. We will build the physical model to analyze the experimental results and lay a good foundation for new optoelectronic and quantum devices.
光子晶体利用光子能带和态密度、带隙和缺陷态特性能够控制光子的产生和传输,而光子晶体高Q微腔可以具有很高的品质因子,为实现荧光辐射的调控提供了优良的技术方案。本项目将研究硅基光子晶体高Q微腔调控二维半导体材料碲化钼中激子的发光。将建立这种复合结构的光学性质模拟模型,设计出具有高Q值的复合微腔结构。发展纳米加工技术,改善电子束刻蚀技术和电感耦合等离子体干法刻蚀技术等工艺,制备高质量的硅基光子晶体共振微腔。发展复合微纳加工技术,实现在碲化钼中定点制作缺陷,实现激子与高Q微腔的强耦合。通过稳态和瞬态光谱的观测研究微腔上碲化钼中激子的光学行为,如自发辐射速率改变,Rabi分裂等,分析光子局域态密度的影响,并建立物理模拟,对实验结果进行定量分析,为新型光电器件或量子器件的研究打下基础。
光子晶体高Q微腔具有高品质因子、极小的模式体积,极大地提升了光与物质相互作用,为实现荧光辐射增强及调控提供了优良的载体。单分子层二维半导体材料则代表了凝聚态或发光物质的重要前沿,近些年来凭借其独特的光学,电学特性以及在集成光电子器件领域潜在的应用前景受到了极大的关注。本项目围绕硅基光子晶体高Q微腔与二维半导体材料碲化钼中激子的发光相互作用,建立起这种复合结构的光学性质模拟模型,优化设计出具有高Q值的复合微腔结构;发展纳米加工技术,改善电子束刻蚀技术和电感耦合等离子体干法刻蚀技术等工艺,制备出高质量的硅基光子晶体L3型微腔;优化二维材料制备及转移技术,实现二维材料与微腔的高质量结合,实现了激子发光的增强及激子和三子的强耦合;发展激光加工技术,实现在碲化钼中定点制作缺陷,实现了高质量缺陷发光。搭建泵浦探测系统,通过瞬态光谱的观测研究微腔上碲化钼中激子的发光的动力学行为,并探讨了光与物质之间的相互作用,发现并提出二维材料中的高增益机制,为实现新光源的调控和应用提供了良好的基础。
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数据更新时间:2023-05-31
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