基於半導體量子點光增益的表面等離激元受激輻射研究

《基於半導體量子點光增益的表面等離激元受激輻射研究》是依託浙江大學，由李東升擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於半導體量子點光增益的表面等離激元受激輻射研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：李東升
• 項目類別：面上項目

項目摘要

金屬表面等離激元納米諧振腔被認為是實現超小型新穎雷射光源的關鍵器件，即表面等離激元受激輻射雷射器。然而，由於金屬介質對其所產生的表面等離激元共振波具有較高的吸收損耗（歐姆損耗）則制約著表面等離激元受激輻射的產生及其套用。如在金屬介質附近引入光增益介質則有可能補償金屬介質對表面等離激元共振波的吸收損耗。但目前提供光增益的介質的穩定性差、器件製備的工藝複雜以及要求高泵浦功率，使得表面等離激元受棄獄道漿激輻射研究依然困難。因而，本項目提出了利用高效發光、穩定性高的半導體量宙臘汽子點作為光增益介質，藉助較強光波約束能力的金屬納米顆粒為單元的表面等離激元波導，以及具有高折射率的納米顆粒作為反饋的表面等離激元受激輻射結構。這不僅能夠實現持續的光增益，還可以通過合理調控介質悼束探層介電常數嚷糊及其匹配來最大限度的降低表面等離激元共振波的耗散，從而用相對簡易的方法來實現高光增益高效反饋低歐姆損耗低泵浦功率的表面等離激元受激輻射。

結題摘要

金屬表面等離激元納米諧振腔被認為是實現超小型新穎雷射光源的關鍵器件，即表面等離激元受激輻射雷射器。然而，由於金屬介質對其所產生的表面等離激元共振波具有較高的吸收損耗（歐姆損耗）則制約著表朵臘探面等離激元受激輻射的產生及其套用。如在金屬介質附近引入光增益介質則有可能補償金屬介質對表面等離激元共振波的吸收損耗。但目前提供光增益的介質的穩定性差、器件製備的工藝複雜以及要求高泵浦功率，使得表面等離激元受激輻射研究依然困難。因而，本項目提出了利用高效發光、穩定性高的半導體量子點作為光增益介質，藉助較強光波約束能力的金屬納米顆粒為單元的表面等離激元波導，以及具有高折射率的納米顆粒作為反饋的表面等離激元受激輻射結構。這不僅能夠實現持續的光增益，還可以通過合理調控介質層介電常數及其匹配來最大限度的降低表面等離激元共振波的耗散，從而實現表面等離激元受激輻射。項目主要研究以下內容：研究以穩定高效發光的半導體量子點與以金屬納米顆粒為單元的表面等離激元波導的光波耦合，研究如何通過調節鑲嵌有半導體量子點介質層的參數實現對表面等離激元共振波的高效持續光增益；研究如何通過改變介質層中低吸收損耗高折射率的納米顆粒尺寸或顆粒種類以及所處薄膜的介電環境，形成高效的表面等離激元反饋結構；結合以上研究結果，製備表面等離激元受激輻射結構。項目組在4年期間利用自己提出的油酸輔助無注入法製備了單分散的CdS、CdTe和CuInS2半導體發光量子點，研究了這些量子點和金屬表面等離激元微結構間的相互作用；探討了發光激子與表面等離激元的耦合作用，通過Pucell因子給出了激子和表面等離激元可能的耦合距離，同多和蘭槳時確定發光基質中激子的平均位置；發現在局域表面等離子增強激發、發射和散射等因素中，增強激發截面是起到了決定性的作用；此外，我們還在增強電致發光方面進行了繼續深入，發現通過調節金屬銀顆粒的尺寸和形貌可以改善電致發光器件的出光率及量子效率。項目組先通過染料和金屬納米顆粒的複合體系研究表面等離激元調控的受激輻射，發現當染料分散於溶液或嵌入SiO2層中時，都可得到隨機激射；進而，我們對Au@SiO2/QDs複合體系的製備和其增強發光、Förster能量轉移進行了較系統的研究，並在此基礎上第一次實現了Ag納米殼表面等離激元與CdSe QDs中激子的光致發光強耦合，其Rabi分裂能量高達120 meV。發表慨講跨論文31篇，申請專利4項。