光学微腔嵌埋硫系二维材料的光学特性研究

论文摘要

二维半导体过渡金属二硫化物（TMDs）的带隙位于可见光和近红外范围内,具有很多新奇的特性。在光电器件领域已成为很有吸引力的材料,例如光电探测,光捕获,光电晶体管,发光二极管和激光器等。人们将这些材料耦合到纳米光学微腔中可以增强激子发射的量子产率,实现良好的量子光学和纳米光子器件。本文中,我们主要研究了基于一维光子晶体微腔嵌埋的单层TMDs的激子耦合特性,研究了单层二维WS2和MoS2的光学性质,如PL、Raman光谱等。通过微腔嵌埋的方法发展了一种新的二维材料折射率表征手段。最后,制备了在630-670 nm波段具有良好分光特性的一维渐变光学微腔器件,通过改变设计波长可以调节分光波段位置的优点。主要研究成果如下:1、以WS2、MoS2为例,分别将单层WS2、MoS2材料嵌埋到一维光子晶体光学微腔中,观察到嵌埋WS2和MoS2区域处样品透射谱峰位与没有嵌埋样品处透射谱峰位分别发生了6.88 nm和3.36 nm的红移,由此计算得到了单层WS2、MoS2的折射率分别为nWS2（28）5.11和nMoS2（28）3.73。单层WS2、MoS2的消光系数分别为WS和MoS?。结果表明,该方法可以解决微米尺度二维材料折射率的测量难题并实现精确测量,具有很好的普适性,尤其适用于1 nm以下超薄薄膜折射率的准确测定,提供了一种微小尺度、超薄材料折射率的测量方法,为光学器件、光电器件的设计应用和发展提供了重要的技术基础。2、研究了单层WS2的二维原子晶体中光与激子耦合。在室温下将高质量单层WS2嵌入介质微腔内。由于单层WS2激子和腔光子之间的耦合,在角分辨反射光谱中观察到34.2meV的Rabi分裂。在室温下观察到明显的反交叉行为以及下能支（LPB）和上能支（UPB）的形成,为开发实用的极化装置提供了有吸引力的新途径。3、通过对中间腔层和上下半程DBR进行倾斜处理,讨论了三种不同方法。使用莱宝高真空镀膜系统通过离子源辅助沉积、光学监控的方法进行一维渐变微腔的制备。测试了所制备的一维渐变光学微腔器件,结果显示在630-670 nm具有良好的光谱特性,半高宽窄的达到1 nm以内。通过多次组合镀膜的手段获得一维渐变光学微腔这一方法,可以与本文所做微腔嵌埋工作结合起来,一次得到更多有用的实验数据,为相关工作提供了新的思路与途径。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 颜炎洪

导师: 刘锋,王少伟

关键词: 微腔嵌埋,硫系二维材料,折射率,强耦合,光谱

来源: 上海师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学

单位: 上海师范大学

分类号: O734

总页数: 58

文件大小: 4278K

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