基于金屬電介質(zhì)及光子晶體結(jié)構(gòu)的納米光子學(xué)器件研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代微納制造工藝的發(fā)展和納米光子學(xué)的興起，在納米尺寸對電磁波的操控以及相應(yīng)的新穎光學(xué)效應(yīng)和應(yīng)用已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點，由此制造的納米光子學(xué)功能器件具有體積小、集成度高、性能優(yōu)異的特性，在未來大規(guī)模集成光路以及全光網(wǎng)絡(luò)中有著良好的應(yīng)用前景。
　　本文基于納米光子學(xué)近場光理論，突破經(jīng)典衍射極限理論，在亞波長尺寸范圍研究了電磁波在由金屬電介質(zhì)組成的單層平板和多層平板結(jié)構(gòu)，單光柵和雙光柵結(jié)構(gòu)，不對稱環(huán)境下的光柵結(jié)構(gòu)，以及光子晶體波導(dǎo)和

2、諧振腔結(jié)構(gòu)中的傳播形式和異常特性。在納米光子學(xué)功能器件領(lǐng)域得到了以下新成果：
　　研究平板型亞波長結(jié)構(gòu)中的異常共振，設(shè)計出了一種電介質(zhì)-金屬-電介質(zhì)-金屬（IMIM）多層平板結(jié)構(gòu)窄帶吸收器，在傳統(tǒng)的 MIM結(jié)構(gòu)外部添加一層電介質(zhì)層，一方面將入射光更容易的耦合到金屬電介質(zhì)金屬層(MIM)所構(gòu)成的FP腔，另一方面提供額外的增益層,使得整個器件的吸收率大幅增加，可達(dá)吸收率高于95％，且?guī)捫∮?.9%。
　　提出了一個包含無縫金屬

3、平板和Si，SiO2電介質(zhì)平板的混合三明治結(jié)構(gòu),它能夠支持從可見光到近紅外的超寬光譜透射,這種寬譜透射弱依賴于入射光的偏振態(tài)和入射角,同時當(dāng)使用15nm厚的銀金屬板層時，整個結(jié)構(gòu)的等效薄膜阻抗只有2? sq,可以有效減小在器件工作期間可能出現(xiàn)的電壓衰減和焦耳熱量的產(chǎn)生,因此非常適用于對薄膜阻抗要求很高的太陽能電池和大面積平板顯示領(lǐng)域。
　　創(chuàng)新性的提出了在近紅外波段基于雙光柵復(fù)合結(jié)構(gòu)的寬譜透射器，對于 TM偏振入射光在1.9μm附

4、近能夠?qū)崿F(xiàn)透射率高于85%,半高寬度高達(dá)64%的超寬譜透射。此外還研究發(fā)現(xiàn)了在不對稱環(huán)境下的復(fù)合光柵結(jié)構(gòu)的完美異常吸收現(xiàn)象，定性的分析了光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，光柵狹縫材料對該吸收現(xiàn)象的影響，并基于這種吸收特性，提出了一種線型完美吸收器件。
　　設(shè)計并制造出了一種新型的光子晶體高集成的光譜探測器元器件，在200nm厚的硅基片上制造出光子晶體波導(dǎo)和諧振腔模型，在傳輸波長1520nm到1560nm的通信波長內(nèi)，把光源的頻譜信息一一對應(yīng)于探測器