量子点光子晶体激光器的理论研究与工艺制备

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1、？密级：中国科学院大学ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｉＳｃｉｅｎｃｅｓ？ｙ博±学位论文量子点光子磊体激光器的理论研究与工艺制备作者姓名：邢恩博佟存柱研究’指导教师：员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所’学位类别：理学博古学科专业：凝聚态物理’培养单位：中国科学院长春光学精密化械与物理研究所２０１６年４月’；：’独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的，除了特别加ｙ，成果。据我所知、标注和致谢的地方外

2、论文中不包含巧他人己经发表或撰写过的研究成果＝对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作Ｔ明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。Ｉ日期‘３：‘学位论文作者签名：年盛嗎度学位论文使用授权书本学位论文作者完全了解中国科学院大学及中国科学院长春光学精密机械与物理硏究巧有关保留、使用学位论文的规定：中国科学院大学及中国科学院长春化学巧，即密机械与物理研究所有权保留并向国家有关部口或机构送交学位论文的复印件和电子。版，允许论文被査阅和借阅本人授权中国科学院大学及中国科学院长春光学精密机械与物理研究所可臥将学位论文的全部或部

3、分内容编入有关数据库进行检索，可ｙ、采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）於学位论文作者黎名：指导教师签名；侣挺履鴻部曰期：心〇１｛）、曰其月：＿？一谢，Ａ－Ａ．３＼！；｜１密级:博士学位论文量子点光子晶体激光器的理论研究与工艺制备作者姓名：邢恩博指导教师:佟存柱研究员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所学位类别:理学博士学科专业:凝聚态物理培养单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所2016年4月Theoreticalsimulationandfabri

4、cationofquantumdotphotoniccrystallasersByXingEnboADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofScienceChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysicsChineseAcademyofSciencesApril,2016摘要量子点光子晶体激光器的理论研究与工艺制备邢恩博（凝

5、聚态物理）导师：佟存柱摘要光子晶体是一种材料折射率周期性变化的微结构，在该结构中可以对光的传播实现有效的控制。光子晶体纳腔激光器因其具有超高的品质因子（Q值）、亚波长量级的模式体积，以及易于集成等优点，在近些年中受到了广泛的关注和研究。以量子点作为增益材料介质的光子晶体纳腔激光器因其具有低阈值、低功耗、高速调制等特点，在片上集成、量子通讯、生物传感等领域有着巨大的应用前景。本文围绕“量子点光子晶体激光器的理论研究与工艺制备”主题，在理论上对1.3-mInAs/GaAs量子点在光子晶体微腔中的载流子动力学、阈值以及调制响应特性进行了系统的研究，在实验上对高Q值、低

6、模式体积GaAs基二维光子晶体纳腔制备中的关键问题展开了一系列研究工作，最后对于耦合纳腔阵列进行了研究讨论。本论文的主要研究内容和创新性如下：1.纳腔效应被首次引入到1.3-mInAs/GaAs量子点全路径弛豫动力学方程中，考虑到高珀赛尔(Purcell)效应下自发辐射因子的增大，光子寿命的提高，以及自发辐射寿命的降低等影响。通过计算得到：高品质因子导致载流子基态占据几率的降低，并且得到阈值对于品质因子的非线性依赖关系；理论上在Q值等于2500时，得到大于100GHz的3dB调制带宽；在Q值为7000时，传输损耗最低。2.对光子晶体结构的色散关系的计算方法进行了

7、具体的介绍和分析，其中重点讨论了平面波展开法和有限时域差分法。其中针有限时域差分法，我们对其边界条件、激励源的设置以及计算的稳定性等进行了详细的研究。3.对光子晶体平板结构的工艺制备过程的关键问题展开了系统的研究工作，主I中国科学院大学博士学位论文：量子点光子晶体激光器的理论研究与工艺制备要包括电子束曝光工艺、ICP干法刻蚀工艺以及湿法腐蚀工艺。重点分析了电子束曝光过程中曝光剂量，束流的速度以及步长等对图形的影响，同时对ICP干法刻蚀和湿法腐蚀工艺进行了优化，制备了具有良好形貌的光子晶体平板结构。4.使用有限元差分法(FDTD)对光子晶体纳腔结构进行优化设计，制备

8、了高Q值正