低维受限光学谐振腔研究取得进展

2014-10-08

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所中科院强激光材料重点实验室张龙研究员、董红星博士领衔的光学微腔研究小组在光学谐振腔研究领域取得新进展。研究首次实现了四边类波导光学谐振腔低温调制光谱及紫外激光输出，成功解析非规则六边形回音壁微腔对低维光场的调制分布。研究结果被材料领域国际学术期刊 advancedopticalmaterials和journalofmaterialschemistryc相继报道【 adv.opticalmater.2014,doi:10.1002/adom.201400269；j.mater.chem.c,2014,doi:10.1039/c4tc01223b】。
　　
　　伴随光电子领域小型化、集成化和高效率的发展趋势，具有特定几何结构配置的低维受限光学谐振腔的研究受到了人们的高度重视，其尺寸接近电磁波波长的尺度，光子会受到较强的限制，这将显著改变谐振腔结构中的一些基本物理性质（光谱、光波导、光动力学等），在未来远程通讯、光学传感、信息处理等领域具有非常诱人的应用前景。然而，针对在紫外和可见光区具有优异光电特性的宽禁带金属氧化物，传统微腔制备技术并不适用，使得该类重要光功能材料在微腔领域的研究和发展在很长一段时间受到极大限制。因此，如何设计并制备高效新型的微腔结构，并开展相关光谱物理研究成为该领域的热点问题。
　　
　　研究小组利用气相传输冷凝技术成功实现高品质氧化锌和氧化铟单晶微腔结构。氧化锌微腔具有规则四边截面，并实现p型离子sb的浅掺杂，实验上获取类波导微腔调制光谱及紫外激射，解析激射随温度的变化依赖关系，并首次阐明微腔p型离子掺杂的激活物理本质（图1）；另外，基于氧化铟微腔结构截面的非完美对称性，结合差分拟合数值模拟，从实验和理论上详细讨论截面结构对微腔调制光谱的影响，首次解释了其完整的调制光谱物理图像（图2）；两类微腔对光场展现出独特效的低维调控能力，相关微腔制备及光谱物理研究还未见报道，其相关研究为该类材料微腔基光电子器件的开发和应用奠定了实验基础。
　　
　　该项研究得到了国家科技重大专项、国家自然科学基金、上海市青年科技启明星a类计划、中科院青年创新促进会等的支持。