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半导体微/纳光腔与表面等离激元的两级相干耦合模式及其新型共振辐射机制

批准号:
12074182
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
陈鹏
依托单位:
学科分类:
光谱学与固体发光
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈鹏

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
微米/纳米尺度上的光电子集成以及光子集成,是未来量子信息技术中的最重要领域之一。本项目在半导体微纳光腔与表面等离激元(SP)的耦合体系中,提出光子能量两级传递的“相干耦合”概念,研究光腔-SP-光腔的两级相干耦合的耦合模式及其新型共振辐射机制。SP与微纳光腔耦合形成具有新型电子集体震荡行为的微纳腔等离激元(Micro/Nano-Cavity Plasmon:MNCP),其耦合的光子来自光腔谐振相干光;MNCP再相干反馈作用于光腔激子,形成的两级过程相干耦合导致光腔中的光能量放大,而不仅是通常认识的SP中能量放大。该过程与自发辐射和传统受激辐射(包括SP受激辐射)相比,形成了新型的SP相干耦合模式以及共振光辐射机制。通过本研究,揭示微纳光腔光子-电子-SP-光子之间的新型耦合行为和共振辐射机制,拓展光子-电子-光子作用模式的认识,探索新型共振辐射理论基础,有助于实现新型微纳腔共振辐射器件。
英文摘要
Optoelectronic integration and photon integration on the micro/nano scale are one of the most important areas of future quantum information technology. This project proposes the concept of "Coherent Coupling" of two-stage transfer of photon energy in the coupling system of semiconductor micro/nano optical cavity and surface plasmon (SP), and studies the coupling mode of two-level coherent coupling and the novel resonance radiation mechanism implemented in the system. This study proposes that when SP is coupled to a semiconductor micro/nano optical cavity, the formed Micro/Nano-Cavity Plasmon (MNCP) has a new type of collective electronic oscillation behaviour, in which the coupled photons come from the optical cavity resonant coherent light, and then MNCP further feedbacks the energy to the excitons in the optical cavity. When the frequency and phase are strictly transmitted, it forms the Coherent Coupling containing two stages of processes. Finally, the light energy in the optical cavity is concentrated and amplified, not only the energy in SP as the ordinary theory. The two-stage coherent coupling process will cause a significant change in the mode of photon-electron-photon interaction in this coupling system. Compared with spontaneous radiation and traditional stimulated radiation (including SP stimulated radiation), a new type of SP coherent coupling mode and resonant light Radiation mechanism are created. Through the research of this project, the new coupling behaviour and resonance radiation mechanism between the photon-electron-SP-photon in the micro-nano optical cavity are revealed, the understanding of the photon-electron-photon interaction mode is expanded, and the theoretical basis of the new resonance radiation is explored, which will help to realize novel micro-nano cavity resonance radiation devices.
微米/纳米尺度上的光电子集成以及光子集成,是未来量子信息技术中的最重要领域之一。本项目提出光子能量两级传递的“相干耦合”概念,设计并研究SP与微纳光腔耦合形成具有新型电子集体震荡行为的微纳腔等离激元(Cavity Plasmon:CP)。该过程与自发辐射和传统受激辐射(包括SP受激辐射)相比,形成了新型的SP相干耦合模式以及共振光辐射机制。通过本研究,揭示微纳光腔光子-SP之间的新型耦合行为和共振辐射机制,探索新型共振辐射理论基础,有助于实现新型微纳腔共振辐射器件。经过四年研究,研究掌握了高质量低阈值GaN微米柱光腔激射及模式特性,最小直径2μm的微米柱腔可以发射出阈值为2.801 kW/cm2,Q值为2205的高质量激光;研究掌握了高质量低阈值GaN微盘光腔激射及模式特性,不同尺寸的微盘都实现了室温下光泵激射,最低阈值达1.71 mW或0.537kW/cm2;初步实现了基于以上成果的电注入发光器件,并观察到了明显的且相比常规器件最高增强22倍的共振辐射;本项目首先提出了一种微腔等离激元(Cavity Plasmon)的物理模型,形成远离表面的强局域场;(TRPL)测试显示,微腔等离激元耦合LED中载流子有效寿命是平面LED的两倍,表了耦合结构等离激元耦合效应引起载流子寿命了增加,证实了其中存在新的耦合过程。揭示和掌握基于基于氮化物半导体微腔与表面等离激元相干耦合结构的新型共振发光机制;研究获得了半导体微纳光腔与表面等离激元在相干光子耦合激发下实现相干耦合共振辐射;基于曲面微腔等离激元的曲面电场增强效应,设计了一种金属半包裹GaN微米柱复合微腔,实现了等离激元协助调控的光腔激光发射,复合微腔共振激射峰半峰宽最低为0.351 nm,Q值最高达1226。这一结果为实现等离激元对光学微腔内部激光性能的提高及激光模式的调制提供了实验证据,并为新型共振辐射机制的研究奠定了基础。发表学术论文13篇,其中三篇中文论文。申请专利3件,其中已获授权1件。国际会议邀请报告1篇,国内会议邀请报告3篇。获得一项优秀论文奖。
面向动态、高维全息复用的液晶几何相位超结构研究
  • 批准号:
    62175101
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    陈鹏
  • 依托单位:
基于胆甾相液晶的光子轨道角动量的主动调控与多维复用研究
  • 批准号:
    12004175
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    陈鹏
  • 依托单位:
多量子阱中无应变AlInGaN四元合金势垒的应变补偿结构制备及发光性质研究
  • 批准号:
    61176063
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    69.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    陈鹏
  • 依托单位:
国内基金
海外基金