原子薄层二硫化钨激子与激光相互作用的研究

原子薄层二硫化钨激子与激光相互作用的研究

论文摘要

二维过渡金属硫化物材料有很多独一无二的优点,比如带隙可调、量子产率高、强激子-光子和激子-声子作用。这些性质将使二维过渡金属硫化物成为未来光电元件潜在应用的首选二维半导体材料。强激子效应和电子声子间的耦合作用决定了二维过渡金属硫化物材料的光学性质。本文以原子薄层二硫化钨(WS2)半导体材料为平台,探究了二维半导体激子态的荧光上转换。本文中使用了532 nm和633nm的连续激光,以及可调谐的脉冲激光,探究原子薄层WS2晶体激子与激光的相互作用。其中,在532 nm连续激光激发下,探究了不同温度下的原子薄层WS2晶体中激子荧光光谱,以及X0和X-激子荧光峰激光功率依赖关系,并以光学声子A1g拉曼峰位确认了层状WS2晶体的层数。在633 nm的连续激光激发下,单个光子的能量与单层WS2晶体X-激子态相匹配,A1g和E2g1光学声子参与了上转换过程,满足了双共振拉曼散射条件,X0激子自发辐射上转换荧光。并观察分析了X-的荧光上转换的温度依赖性和功率依赖性,发现低温时上转换荧光有所减弱,这是因为低温声子数减少所致。利用可调谐飞秒激光器,结合定制显微系统,研究了原子薄层WS2晶体的二阶非线性光学。实现了原子薄层WS2晶体缺陷激子L0/负电双激子XX-、缺陷激子L1、负电激子X-的二阶非线性反斯托克斯上转换,且发现了单层WS2晶体的双光子荧光上转换效果高于三层。我们相信这一发现将进一步推动非线性光学和激光制冷的发展,并推动了非线性光学和激光致冷的进一步发展,也为探索二维过渡金属材料激子态提供了新的方法。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  •   1.1 原子薄层金属硫化物材料简介
  •   1.2 原子薄层TMDCs晶体中的激子
  •   1.3 反斯托克斯荧光致冷发展简介
  •   1.4 本文的主要研究目的、意义和主要内容
  •     1.4.1 研究目的与意义
  •     1.4.2 本文的主要研究内容
  • 第2章 二硫化钨的拉曼及斯托克斯荧光光谱测试
  •   2.1 层状TMDCs材料的拉曼及荧光光谱研究基础
  • 2晶体结构及拉曼模式'>  2.2 WS2晶体结构及拉曼模式
  • 2晶体结构'>    2.2.1 WS2晶体结构
  • 2晶体拉曼表征'>    2.2.2 原子薄层WS2晶体拉曼表征
  • 2激子态斯托克斯荧光光谱研究'>  2.3 原子薄层WS2激子态斯托克斯荧光光谱研究
  • 2激子态荧光光谱'>    2.3.1 原子薄层WS2激子态荧光光谱
  •     2.3.2 功率依赖性测试
  •     2.3.3 温度依赖性测试
  •   2.4 本章小结
  • 2激子态的荧光上转换研究'>第3章 二维WS2激子态的荧光上转换研究
  •   3.1 TMDCs单光子反斯托克斯上转换研究背景
  • 2单光子上转换荧光光谱'>  3.2 原子薄层WS2单光子上转换荧光光谱
  •   3.3 单光子ASPL随温度的变化
  •   3.4 单光子ASPL随功率的变化
  •   3.5 本章小结
  • 2激子态的二阶非线性光学效应'>第4章 二维WS2激子态的二阶非线性光学效应
  •   4.1 TMDCs层状材料非线性光学效应研究背景
  •     4.1.1 二阶非线性光学效应实现的条件
  •     4.1.2 非线性光学效应的研究现状
  • 2激子态非线性倍频光谱'>  4.2 原子薄层WS2激子态非线性倍频光谱
  • 2双光子荧光上转换'>  4.3 原子薄层WS2双光子荧光上转换
  •   4.4 非线性上转换荧光功率依赖性测试
  •   4.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张迎迎

    导师: 叶佐东(Cho-Tung Yip)

    关键词: 激子,反斯托克斯上转换,二阶非线性效应

    来源: 哈尔滨工业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,无线电电子学,无线电电子学

    单位: 哈尔滨工业大学

    分类号: TN304;TN24

    DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.006113

    总页数: 59

    文件大小: 2190k

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