双光子泵浦贵金属修饰ZnO纳米线的激光辐射特性研究

半导体纳米线激光作为一种优秀的微小激光光源，在未来光存储、光计算、生物医学和量子信息处理等方面有重要的应用前景。而如何提高发光效率、降低泵浦阈值，是其器件化的关键所在。本项目提出双光子泵浦贵金属修饰ZnO纳米线实现激光辐射的方案并拟开展系统研究，以期提高发光效率、降低泵浦阈值。采用气相法制备高质量的ZnO纳米线并对其进行贵金属纳米颗粒修饰，研究飞秒激光激发贵金属修饰ZnO纳米线的非线性光学特性，并利用泵浦-探测技术研究其超快动力学特性，揭示贵金属和半导体之间相互作用的机理，从而提高能量转移效率。在上述基础上，着重研究双光子泵浦贵金属修饰ZnO纳米线的激光辐射特性，以期获得高发光效率、高光束质量的ZnO纳米线激光辐射。

本项目围绕着基于半导体纳米线的微纳相干光源开展研究，在研究内容上对原计划进行了适当的调整和拓展：在纳米线的材料种类上，加入几种纳米线，如CdS、KNbO3、ZnS和 ZnTe等；在非线性光学特性上，加入了半导体纳米线二次谐波特性方面的研究。取得了重要研究进展，相关研究成果均发表在纳米材料、应用物理及光学领域国际顶级期刊上，包括1篇Nano Letters、2篇Applied Physics Letters和1篇Optics Express。其中，在系统研究单根ZnTe纳米线光学特性的基础上，首次在实验中观测到了横向发射的表面二次谐波光源。实验测得的谐波转换效率高达5×10-6，比之前报道的相关结果提高了两个数量级；而且谐波光源的发散角仅4°，明显优于之前报道的结果（~50°）。该结果发表在国际顶级刊物Nano Letters上（2013年影响因子12.940）。另外，首次在双光子泵浦下实现单根CdS纳米线的激光发射，该纳米线形成Fabry-Perot腔，且该腔模具有较高的品质因子。进一步的研究发现，激光辐射的强度与激发光的偏振方向有关，当激发光的偏振方向与纳米线长轴方向平行时，出现最强的激光辐射现象。该研究成果发表在研究结果发表在国家主流期刊Applied Physics Letters上。在该项目支持下，培养博士生5名，硕士生3名，从总体上讲已达到预期目标。关于贵金属与半导体纳米颗粒复合结构的制备及其相互高效耦合机理的研究仍在深入进行，部分研究正在论文撰写当中。