《結合金屬表面態的半導體組合微腔研究》是依託電子科技大學,由張偉利擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：結合金屬表面態的半導體組合微腔研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張偉利
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
半導體微腔是構成眾多新型光電子器件的基礎，也是研究微光學效應和光與物質作用的重要平台；金屬表面態對光的控制和操作具有獨到優勢，在新一代光子器件設計中備受青睞。目前，微腔和表面態各自的研究進行的方興未艾，而兩者結合的研究尚不多見，尤其是這種結合後微腔的偏振、雙穩和非線性等問題的研究還未見報導。本項目結合金屬表面態來設計半導體組合微腔：一方面，通過微腔激發表面態，以此研究它與微腔諧振模式、有源區激子之間的相互作用機理；另一方面，表面態也為微腔引入了新的偏振、雙穩和非線性特性以及控制它們的手段。對這些問題進行深入探索，有益於填補相關理論研究的空缺，並對提高這一新型半導體微腔的性能、拓展其套用領域具有重要指導意義。
結題摘要
本項目結合一種新型金屬表面態，即光學Tamm極化激元（OTP），設計半導體組合微腔，並針對光與物質作用的強、弱耦合兩種機制進行開放性研究： 1、探索了OTP的形成條件及規律，完成了金屬諧振子模型與改進型傳輸矩陣法結合的自洽分析法；提出並設計了非對稱波導結構，理論證實OTP效應近一個數量級的增強，並利用該結構提出了超快、低閾值的全光邏輯控制器件的實現方案；利用介質-空氣層交替的高折射率對比光柵與金屬層結合激發OTP，使OTP與外界聯繫了起來，首次設計了基於該結構的新型光折射率感測器； 2、對OTP與非線性介質、微腔極化激元（MP）的相互作用、雙穩和孤子等特性進行了系統研究，揭示了微腔中，反射譜規律及Rbii劈裂等物理現象；率先提出利用偏振相關性形成MP矢量孤子；提出了雙勢阱結構，控制MP孤子形成，並結合隧道效應，理論實現了明-明、明-暗等多種形式孤子組合，為基於微腔光信息處理的套用提供了新思路；率先將光觸發思想引入MP的操控，設計並理論實現了MP的全光觸發器件，該思想利用MP低閾值、高非線性的特點，為低功耗、高集成的全光控制器件實現提供了可行方案。 3、在上述理論研究的同時，考慮到所在實驗室的實驗條件及基礎，我們基於研究中的發現和啟發，通過項目合作等方式還與本項目直接相關的拓展探索：我們將金屬表面態的思想套用到石墨烯材料與微納光纖結合，利用表面態效應，增強光纖倐逝場，實現了高靈敏氣體感測；我們還將微腔的理論模型以及設計方法拓展到光纖隨機雷射器中，提出並實現了基於諧振腔結構和光纖混合腔等的隨機雷射調控方案，為光纖隨機雷射器高階、低閾值、多波長可調諧激射提供了重要手段。 經過該項目的研究：發表研究論文28篇，其中SCI論文22篇，影響因子＞3的光學領域頂級期刊論文11篇，SCI他引70次(包括OSA，IEEE會士團隊及Physics Report, Sensors and Actuators B等頂級刊物引用)，申請專利6項，參加國內外會議8次；培養或聯合培養研究生12名，其中3人已畢業，兩人獲校優秀碩士論文，一人進入美國Clemson大學攻讀半導體微腔雷射器方向博士學位；項目負責人獲教育部自然科學二等獎（排名四）、電子科技大學教師學術新人獎，受邀擔任Optical Quantum Electronic編委，晉升IEEE高級會員等。
