《氧化鋅/石墨烯複合回音壁模微腔中紫外雷射的研究》是依託東南大學，由徐春祥擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氧化鋅/石墨烯複合回音壁模微腔中紫外雷射的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐春祥
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
氧化鋅紫外雷射一直是眾多半導體科學家追求的目標，但p-型摻雜的瓶頸嚴重阻礙了器件的研發與套用，因此基於新型微腔設計與異質結構器件的構建便成為值得探索的重要途徑。本項目在申請人已完成的前一個國家自然科學基金項目對ZnO微納米結構微腔中回音壁模雷射研究的基礎上，充分融合石墨烯的柔性、透明、導電、高電子遷移率等優點，構建ZnO/graphene複合微腔及異質結雷射器件，並利用它的紫外吸收增強，藉助於表面等離激元共振效應，進一步提升微腔的光學品質，提高光泵浦和電泵浦條件下回音壁模雷射性能。該項目的研究融入了新的材料和新的物理效應，將深刻揭示ZnO/graphene複合微腔中電子、激子、光子的相互作用，探討新型微腔中SPR產生、電子轉移與能量傳遞、自發輻射與雷射振盪等一系列材料與器件的重要物理過程，為ZnO紫外雷射器的實現及新型微納光電子器件的研發提供理論依據與技術支撐。
結題摘要
本項目研究過程中，我們對高品質ZnO回音壁微腔及多功能graphene薄膜的最佳化製備，ZnO/graphene複合微腔中紫外激發、放大、振盪等過程的分析， SPR、激子、腔模等相互作用過程的探討，ZnO微腔雷射的輸出性能增強及電泵浦雷射特性的提升等方面進行了深入而系統的研究。研究過程中在ACS Nano, Nanoscale，ACS Appl. Mater & Interface，Appl. Phys. Lett.等國際刊物發表SCI論文33篇, 其中包括被國際頂尖雷射學術期刊Laser & Photonics Review的邀請綜述論文1篇，Adv. Opt. Mater.，J. Mater. Chem. C，Nanoscale及Funct. Mater. Lett期刊封面或封底報導論文各1篇。申請中國發明專利8項，其中已獲授權7項。培養6名博士、8名碩士研究生獲得學位。鑒於我們在回音壁雷射領域的創新研究和系統工作以及對該學科方向的推進作用，本課題組獲得2014教育部自然科學獎二等獎。主要的進展與創新成果列舉如下：（1）利用單層石墨烯高導電、高透明性特性，構建了石墨烯/ZnO複合回音壁微腔，實現了石墨烯表面等離激元共振增強ZnO回音壁激射，並首次有效實現了光場限域效應，系統的證明了石墨烯材料在紫外波段的SP回響能力。（2）利用金屬表面等離激元共振(SPR)實現了更低閾值及更高品質因子的回音壁模激射，系統分析了不同金屬SPR實現ZnO紫外雷射的增強機制。（3）利用SPR效應以及Vernier效應分別在室溫下獲得了模式結構清晰、多模-少模-單模輸出有效調控的ZnO回音壁雷射輸出，並實現了單模回音壁雷射的輸出。（4）利用聚合物對界面進行修飾，改善了ZnO微米棒/p-GaN異質結微雷射二極體的界面光損耗，從而提高了雷射品質因子。
