聚合物光學(xué)納米線的功能化及微納光子器件研究.pdf

1、光學(xué)納米線，包括玻璃微納光纖、半導(dǎo)體納米線、聚合物納米線等一維納米結(jié)構(gòu)，是近年來微納光子學(xué)基礎(chǔ)研究及器件應(yīng)用最具代表性的基本結(jié)構(gòu)單元之一。為了實(shí)現(xiàn)光學(xué)納米線功能的多元化，并且拓展光學(xué)納米線的門類和應(yīng)用領(lǐng)域，我們提出了在聚合物光學(xué)納米線中摻雜準(zhǔn)零維（如量子點(diǎn)、納米顆粒）、一維（如碳納米管）或者二維（如石墨烯）結(jié)構(gòu)的功能納米材料。通過直接摻雜手段，在保持聚合物納米線良好的光學(xué)導(dǎo)波特性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了納米線的多功能化，并且利用導(dǎo)波手段研究了納米

2、線內(nèi)部高效率的光和物質(zhì)相互作用。
　　 本論文的第一章，綜述了光學(xué)納米線的研究背景與現(xiàn)狀，包括光學(xué)納米線制備方法和器件應(yīng)用、微納光纖的導(dǎo)波特性、聚合物納米線的功能化及相關(guān)微納光子器件研究等等，并總結(jié)了光學(xué)納米線作為一維微納尺度光波導(dǎo)在微納光子器件應(yīng)用方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
　　 本論文的第二章，首先研制了量子點(diǎn)摻雜的聚合物光學(xué)納米線。通過直接拉伸法從量子點(diǎn)摻雜聚合物溶液中制備出量子點(diǎn)分散均勻、光學(xué)特性優(yōu)異的量子點(diǎn)摻雜聚合物納米

3、線。利用導(dǎo)波的方式研究了量子點(diǎn)摻雜聚合物納米線的波導(dǎo)損耗(0.2 dB/mm)、532 nm波長激發(fā)光的吸收系數(shù)(31 cm-1)、熒光自吸收系數(shù)(53 cm-1)、納米線中導(dǎo)波熒光光譜紅移現(xiàn)象等光學(xué)參數(shù)和特性，以及相比染料分子高一個(gè)數(shù)量級(jí)的抗光學(xué)漂白特性?；趩胃鶎?dǎo)波型量子點(diǎn)摻雜聚合物納米線，首次驗(yàn)證了一個(gè)低功耗(100 pW)、快響應(yīng)速度(90 ms)、高靈敏度、長工作壽命的光學(xué)納米線濕度傳感器。
　　 本論文的第三章，基于

4、超聲剝離的石墨烯分散液，研制了石墨烯摻雜的聚合物光學(xué)納米線，系統(tǒng)研究了純聚合物納米線和石墨烯摻雜聚合物納米線的結(jié)構(gòu)特性以及拉曼光譜特性。利用導(dǎo)波方式研究了純聚合物納米線和石墨烯摻雜聚合物納米線的連續(xù)光(1550 nm波長激光)損傷閾值、可見-近紅外(600-1600 nm)線性吸收特性、光學(xué)線性吸收系數(shù)(633nm和1550 nm波長)以及近紅外非線性飽和吸收特性（調(diào)制深度～10％）。最后，基于該石墨烯摻雜的聚合物納米線，研制了一維微納

5、尺度導(dǎo)波型光學(xué)可飽和吸收器和光調(diào)制器等。
　　 本論文的第四章，研究了微納尺度可集成光源—半導(dǎo)體納米線激光器。系統(tǒng)地研究了不同CdSe納米線長度條件下CdSe納米線多模激光器的激光閾值、多模激光模式數(shù)、縱模間隔以及CdSe納米線多模激光器在不同泵浦條件下的縱模特性，并提出了一種新的控制半導(dǎo)體納米線激光器激光輸出波長的方法。隨著單根CdSe納米線（直徑402 nm）的長度從289μm變化到8μm，納米線多模激光器的主峰位置從746

6、 nm變化到706 nm，跨越約40 nm的波長調(diào)諧范圍。以上實(shí)驗(yàn)工作為有可能成為微納尺度可集成光源—半導(dǎo)體納米線激光器的設(shè)計(jì)、模式選擇和操控提供了借鑒方案。
　　 最后在第五章對(duì)本論文的工作進(jìn)行了總結(jié)和展望?；诰酆衔锕鈱W(xué)納米線功能化的研究工作以及成功研制的微納尺度可集成光源—半導(dǎo)體納米線激光器，可以實(shí)現(xiàn)如光學(xué)濕度傳感器、光學(xué)可飽和吸收器及調(diào)制器等一系列導(dǎo)波型一維結(jié)構(gòu)微納光子器件，該類功能化聚合物光學(xué)納米線及相關(guān)微納光子器件在