1、納米光子學(xué)是納米科學(xué)技術(shù)的重要分支,主要研究亞波長(zhǎng)尺度下光與物質(zhì)相互作用的基本規(guī)律及應(yīng)用。半導(dǎo)體納米線(xiàn)作為納米光子學(xué)中重要的基本素材元件,兼顧了納米尺寸下特有的局域場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)及半導(dǎo)體材料的復(fù)合發(fā)光特性,在強(qiáng)光場(chǎng)作用下其非線(xiàn)性系數(shù)會(huì)顯著增強(qiáng),從而產(chǎn)生明顯優(yōu)于塊狀半導(dǎo)體材料的非線(xiàn)性發(fā)光特性。近十幾年來(lái),研究人員已經(jīng)對(duì)其在納米激光器、混頻器、太陽(yáng)能電池、光電集成回路、生物傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力進(jìn)行了極具創(chuàng)新和想象力的前沿探索,并取得了突破性成果

2、。
　　本文在納米光子學(xué)的框架內(nèi)充分調(diào)研了半導(dǎo)體納米線(xiàn)的發(fā)光特性,對(duì)前人理論和實(shí)驗(yàn)方面的工作進(jìn)行了綜述。著重介紹了半導(dǎo)體納米線(xiàn)的非線(xiàn)性共振和非線(xiàn)性非共振響應(yīng)特性,探討了納米線(xiàn)結(jié)構(gòu)二階非線(xiàn)性效應(yīng)產(chǎn)生的物理機(jī)制。
　　其次,重點(diǎn)對(duì)純閃鋅礦GaAs納米線(xiàn)的兩種二階非線(xiàn)性光學(xué)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論分析。利用有限元法(Finite Element Method,FEM)在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)條件下數(shù)值模擬了納米線(xiàn)結(jié)構(gòu)中局域場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)的存在,并在單

3、根納米線(xiàn)上成功模擬了SHG信號(hào)的產(chǎn)生。在此基礎(chǔ)上,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了納米線(xiàn)的倍頻特性,表明GaAs納米線(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)至少1300-1600nm波段的寬帶倍頻,可以對(duì)800-1800nm近紅外波段范圍內(nèi)的入射飛秒激光進(jìn)行精確的可調(diào)諧倍頻,且倍頻信號(hào)對(duì)于垂直于納米線(xiàn)軸向入射的光場(chǎng)偏振具有極高的偏振選擇性。
　　最后對(duì)同樣的納米線(xiàn)進(jìn)行了和頻信號(hào)產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)。利用1040nm單波長(zhǎng)飛秒激光器和輸出在1416-1770nm的光參量振蕩器(Optical P

4、arameter Oscillator,OPO),成功在納米線(xiàn)上探測(cè)到了可調(diào)諧的和頻信號(hào)。其偏振敏感性相對(duì)于倍頻信號(hào)較弱,本文利用塊狀晶體的非線(xiàn)性極化率張量對(duì)這一結(jié)果進(jìn)行了理論解釋。利用兩脈沖互相關(guān)信號(hào)對(duì)參考光延時(shí)的敏感性可以較為精確地測(cè)量(誤差2.4％)待測(cè)脈沖的脈寬。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,純閃鋅礦GaAs納米線(xiàn)對(duì)入射飛秒激光具有優(yōu)良的倍頻與和頻特性,是一種高性噪比、寬波段響應(yīng)的優(yōu)良混頻器,在納米光子器件領(lǐng)域具有極具廣闊的應(yīng)用前景