中国激光, 2020, 47 (7): 0701011, 网络出版: 2020-07-10   

半导体微纳米线激光器研究进展 下载: 2772次特邀综述

Research Progress on Semiconductor Micro/Nanowire Lasers
于果 1,2李俊超 1,2温培钧 1,2胡晓东 1,2,*
作者单位
1 北京大学物理学院, 北京 100871
2 北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室, 北京 100871
图 & 表

图 1. 带尾态原理示意图[29]

Fig. 1. Schematic of band tail state principle[29]

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图 2. 四根纳米线激射的光学照片及相应的发射光谱,虚线为未激射时的光谱[29]

Fig. 2. Optical images of four nanowires undergoing lasing and the corresponding emission spectra, dashed lines are nonlasing spectra[29]

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图 3. 组分渐变纳米线两端分别被激发的示意图[32]。(a)能带结构示意图;(b)激发窄带隙端;(c)激发宽带隙端

Fig. 3. Schematic of a composition-graded nanowire excited at its two ends respectively[32]. (a) Schematic of bandgap structure; (b) exciting narrow band gap end; (c) exciting wide band gap end

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图 4. 被切割的纳米柱和相应的光致发光光谱[33]。(a)带隙渐变纳米线的真实颜色图及6个切割点位置;(b)切割后的纳米线真实颜色图;(c)激射后的相应激光光谱和端发射的激光光斑的真实颜色图

Fig. 4. Cut nanorod and the corresponding photoluminescence spectra[33]. (a) Real-color image of a bandgap-graded nanowire and six cut points; (b) real-color images of cut nanowires; (c) corresponding lasing spectra and real color images of laser spot for end emission

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图 5. 增益-腔解耦合的微米柱激光器原理图[34]。(a)波长连续可调激光器的结构和工作方式示意图;(b)激发宽带隙部分时微米柱内光的传播

Fig. 5. Schematic of gain-cavity decoupled microrod laser[34]. (a) Structure and working of wavelength continuously variable laser; (b) light propagation in microrod when pumped at a wide bandgap area

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图 6. 利用表面等离激元增强的BM效应调节波长原理图[42]。(a)纳米线激光器结构;(b)不同SiO2厚度的激光器光谱

Fig. 6. Schematic of wavelength tuning by BM effect enhanced by surface plasmon polaritons[42]. (a) Structure of nanowire laser; (b) laser spectra of different SiO2 thickness

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图 7. 光学游标效应实现单模[45]。(a)微米柱的扫描电子显微镜(SEM)图像;(b)两根微米柱之间的空气间隙;(c)微米柱F另一端的SEM图像;(d)不同激发功率下单模激射的光谱;(e)激发微米柱E、F与IV处时的归一化激光谱;(f)两根ZnO微米柱示意图

Fig. 7. Single mode realized by Vernier effect[45]. (a) SEM image of microrods; (b) air-gap between two microrods; (c) SEM image of the other end of microrod F; (d) spectra of single mode lasing under different excitation power; (e) normalized lasing spectra from single microrod E and F, and coupled microrod at position IV; (f) schematic of two ZnO microrods

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图 8. 三种光学模式的自发辐射速率仿真结果[47]

Fig. 8. Simulated spontaneous emission rate of three optical modes[47]

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图 9. 直接生长的纳米柱光子晶体激光器[48]。(a)光子晶体的SEM图像;(b)激射前后的发射光谱

Fig. 9. Adirect grown nanorod photonic crystal laser[48]. (a) SEM image of photonic crystal; (b) emission spectra before and after lasing

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图 10. 不同结构纳米线的SEM照片和激射光谱[49]。(a)(b) 0个环形腔;(c)(d) 1个环形腔;(e)(f) 2个环形腔;(g)三种结构中光学腔的示意图;(h)不同环形尺寸的SEM照片和激光谱

Fig. 10. SEM images and lasing spectra of different structural nanowires[49]. (a)(b) Without loop cavity; (c)(d) with one loop cavity; (e)(f) with two loop cavities; (g) schematic of optical cavities in three kinds of structures; (h) SEM images of different loop sizes and corresponding lasing spectra

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图 11. 用非对称DBR实现的可调激光[50]。(a)两个DBR和加工完成后的微米柱SEM照片;(b)计算得到的DBR反射谱和加工DBR前微米柱的激光谱;(c)加工DBR前后微米柱的激光谱

Fig. 11. Tunable laser realized by using asymmetric DBRs[50]. (a) SEM images of two DBRs and fabricated microrods; (b) calculated reflection spectra of DBRs and lasing spectra of microrods before manufacturing DBRs; (c) lasing spectra of microrods before and after manufacturing DBRs

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图 12. 全色单模等离激元激光[51]。(a)等离激元激光的原理图;(b)不同纳米柱的激射光谱;(c)群折射率

Fig. 12. All-color single-mode plasmonic laser[51]. (a) Schematic of plasmonic laser; (b) lasing spectra of different nanorods; (c) group index

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图 13. 弱耦合与强耦合[58]。(a)本征能级随腔品质因子Q的增大而发生劈裂;(b)本征能级线宽随Q的增大发生简并;(c)能谱随Q的变化

Fig. 13. Weak coupling and strong coupling[58]. (a) As quality factor Q increases, eigenenergies split; (b) As Q increases, eigenenergy linewidths degenerate; (c) energy spectrum varies with Q

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图 14. 激子极化激元的凝聚[60]

Fig. 14. Condensation of exciton-polaritons[60]

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图 15. GaN纳米线置于双DBR微腔中的示意图[63]和纳米线的SEM图像

Fig. 15. Schematic of a GaN nanowire placed in a double-DBR microcavity[63]and SEM image of a nanowire

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图 16. 微米线激子极化激元激光[69]。(a) WGM示意图;(b)不同激发功率下的角分辨荧光谱;(c)不同激发功率下的发光积分强度;(d) 0°处的发光峰在不同激发功率下的线宽和蓝移

Fig. 16. Microwire exciton-polariton laser[69]. (a) Schematic of WGM; (b) angle-resolved fluorescence spectra under different pumping power; (c) integrated emission intensity under different pumping power; (d) linewidth and blue shift of emission peak at angle of 0° under different pumping power

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于果, 李俊超, 温培钧, 胡晓东. 半导体微纳米线激光器研究进展[J]. 中国激光, 2020, 47(7): 0701011. Yu Guo, Li Junchao, Wen Peijun, Hu Xiaodong. Research Progress on Semiconductor Micro/Nanowire Lasers[J]. Chinese Journal of Lasers, 2020, 47(7): 0701011.

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