基于混合波导-表面等离极化激元结构的胶体量子点放大自发发射性能研究OA
Amplification of Spontaneous Emission Performance of Colloidal Quantum Dots Based on Hybrid Waveguide-surface Plasmon Polariton Structure
基于表面等离激元受激辐射放大结构(Surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation,Spaser)的纳米激光器是实现突破衍射极限的片上相干光源的重要途径.本文设计并制备了一种基于Glass/Ag/SiO2/胶体量子点(CQDs)的混合波导-表面等离极化激元结构,研究了绿光ZnCdSe/ZnS核壳量子点在该结构中的放大自发发射(Amplified spontaneous emission,ASE)性能.该结构支持高度局域的混合波导-表面等离极化激元模式,光场被强烈局域在超薄(~15 nm)的SiO2间隔层中.受Purcell效应的影响,与纯CQD薄膜相比,Spaser结构中CQDs的荧光寿命显著缩短,并呈现双指数衰减特征.在光泵浦条件下,该器件实现了较低阈值的、TM偏振的ASE,阈值为86 μJ·cm-2,线偏振度为0.91;阈值前后发散角明显降低.本研究揭示了混合波导-表面等离极化激元模式对CQD的ASE特性的调控规律,为发展基于溶液法制备的、偏振可控的片上集成纳米光源提供了实验依据与物理参考.
Nanolasers based on the surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation(Spaser)structure are an important way to achieve breakthrough beyond the diffraction limit and to realize on-chip coherent light sources.In this paper,a hybrid waveguide-surface plasmon polariton structure based on Glass/Ag/SiO2/colloidal quantum dots(CQDs)was designed and fabricated.The amplification of spontaneous emission(ASE)performance of green light ZnCdSe/ZnS core-shell quantum dots in this structure was studied.This structure supports a highly lo-calized hybrid waveguide-surface plasmon polariton mode,and the optical field is strongly localized in the ultrathin(~15 nm)SiO2 spacer layer.Influenced by the Purcell effect,compared with pure CQD films,the fluorescence life-time of CQDs in the Spaser structure is significantly shortened and presents a double-exponential decay characteris-tic.Under optical pumping conditions,this device achieved a lower threshold of TM-polarized ASE,with a threshold of 86 μJ.cm-2 and a linear polarization degree of 0.91;the divergence angle before and after the threshold decreased significantly.This study reveals the regulatory rules of the hybrid waveguide-surface plasmon polariton mode on the ASE characteristics of CQDs,providing experimental basis and physical reference for the development of on-chip in-tegrated nanometer light sources based on solution-based fabrication and polarization-controllable.
于浩;王铁男;郭晓阳;申怀彬;刘星元;王垒;赵永生;林杰;张文添;王斌;姚鑫鑫;张克玲;吕营
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林长春 130033||中国科学院大学,北京 100049中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林长春 130033中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林长春 130033河南大学纳米科学与材料工程学院,特种功能材料教育部重点实验室,河南开封 475004中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林长春 130033河南大学纳米科学与材料工程学院,特种功能材料教育部重点实验室,河南开封 475004长春电子科技学院,吉林长春 130114牛津大学高等研究院(苏州),江苏苏州 215123中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林长春 130033||中国科学院大学,北京 100049中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林长春 130033||中国科学院大学,北京 100049中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林长春 130033||中国科学院大学,北京 100049中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林长春 130033||中国科学院大学,北京 100049中国科学院长春光学精密机械与物理研究所特种发光科学与技术全国重点实验室,吉林长春 130033
数理科学
胶体量子点表面等离激元受激辐射放大表面等离极化激元放大自发发射
colloidal quantum dotssurface plasmon amplification by stimulated emission of radiation(Spaser)surface plasmon polariton(SPP)amplified spontaneous emission(ASE)
《发光学报》 2026 (9)
1654-1663,10
国家自然科学基金(62035013,62475256)吉林省科技发展计划项目(20260201032GX)江苏省基础研究计划资助(BK20231222)Supported by National Natural Science Foundation of China(62035013,62475256)Jilin Province Science and Technology Research Project(20260201032GX)Funded by Basic Research Program of Jiangsu(BK20231222)
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