【摘要】：納米尺度周期性結(jié)構(gòu)可以對光譜進(jìn)行目的性、選擇性地調(diào)節(jié)與控制,且采用現(xiàn)有微納米制造技術(shù)制備,在光伏、光電子、傳感、探測、無油墨印刷、光熱轉(zhuǎn)換器等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。本文主要針對結(jié)構(gòu)色、防偽及印刷等領(lǐng)域的性能需求,基于納米尺度周期性結(jié)構(gòu)對可見光光譜進(jìn)行調(diào)控,設(shè)計(jì)了三種單波長近完美吸收結(jié)構(gòu)和四種寬波段廣角吸波結(jié)構(gòu),并針對其中兩種寬波段廣角吸波結(jié)構(gòu)開展了實(shí)驗(yàn)制備和性能測試。論文的主要研究工作及創(chuàng)新性成果如下:(1)已有單波長吸收器通常基于貴金屬材料,成本高。本文采用非貴金屬材料,設(shè)計(jì)了三種單波長吸收結(jié)構(gòu):第一種,鋁覆蓋一維介質(zhì)光柵,通過優(yōu)化介質(zhì)光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù),在納米空氣凹槽中激發(fā)腔共振,實(shí)現(xiàn)了特定波長TM偏振光近完美吸收;第二種,位于金屬鋁基底上的一維層疊光柵,層疊光柵由高折射率介質(zhì)和金屬鋁構(gòu)成,通過將不同偏振光入射激發(fā)的電磁場局陷在高折射率光柵層中,實(shí)現(xiàn)了偏振不敏感完美吸收;第三種是一維填充式金屬鋁光柵,光柵凹槽填充介質(zhì),通過將不同偏振光入射激發(fā)的電磁場局陷在填充介質(zhì)中,實(shí)現(xiàn)了偏振不敏感完美吸收,克服了一維結(jié)構(gòu)偏振敏感的問題,將吸收器復(fù)雜度從二維簡化至一維。(2)已報(bào)道的可見光波段寬帶吸收器平均吸收效率低,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制程繁冗且大多采用貴金屬材料。本文設(shè)計(jì)了四種寬波段廣角吸收結(jié)構(gòu):第一種,一維金屬鎳/介質(zhì)光柵/金屬鎳,在入射角度0-45°范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)了TM偏振光寬帶近完美吸收;第二種,一維填充式金屬鎳光柵,采用高折射率介質(zhì)填充金屬光柵的方式,實(shí)現(xiàn)了整體結(jié)構(gòu)阻抗匹配,針對TM和TE偏振光獲得了寬波段高吸收效率;第三種,兩維鎳金屬/介質(zhì)陣列/鎳金屬,在入射角度0-45°范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)了偏振不敏感近完美吸收;第四種,兩維鎳柱陣列,在可見光波段平均吸收效率大于90%。(3)制備了兩種寬波段吸收結(jié)構(gòu):采用紫外連續(xù)變頻光刻設(shè)備結(jié)合納米壓印技術(shù),制備了大幅面兩維鎳金屬/介質(zhì)陣列/鎳金屬復(fù)合納米結(jié)構(gòu)寬波段吸收器;通過全息正交干涉曝光技術(shù)和電鑄工藝,制備了兩維鎳柱陣列寬波段吸收器。并對兩種器件的性能進(jìn)行了測試,驗(yàn)證了理論計(jì)算的正確性。
【圖文】：

、THz 及紅外波段。隨著微納制備工藝的提升，研究圍，包括單波長近完美吸收和寬波段近完美吸收，研究、寬帶吸收、可調(diào)控、偏振不敏感及寬角度不敏感等。完美吸收器首先提出了超材料完美吸收結(jié)構(gòu)[10]，該結(jié)構(gòu)在正面布布局金屬條，中間為介質(zhì)層，如圖 1.1 所示。該結(jié)構(gòu)模置具有 96%的吸收效率，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在 11.5GHz 位置獲與理論接近，如圖 1.2 所示。對此進(jìn)行了吸收原理性分效應(yīng)歸結(jié)為歐姆損耗和介質(zhì)損耗。該結(jié)構(gòu)的制備分為兩金屬層，目的是通過阻抗匹配在入射范圍實(shí)現(xiàn)反射最小的是阻礙透射。在 2010 年，Li 等人提出了一種 GHz

圖 1.2 吸收結(jié)構(gòu)在 GHz 波段的理論和實(shí)驗(yàn)的吸收對比圖[10報(bào)道了一種三波段 THz 吸收器[51]。該吸收器采用閉1THz 處形成峰值吸收，，對應(yīng)吸收效率分別為 96.4%、人實(shí)驗(yàn)論證了一種電調(diào)諧 THz 吸收器[52]。該吸收器調(diào)控，在環(huán)共振器和平板之間給予電勢，控制液晶沿
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;TN305.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2641013