現(xiàn)代光電子信息技術(shù)對器件微型化和集成化的要求越來越高。超緊湊和微型化已成為當(dāng)今光電子技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。基于金屬-介質(zhì)復(fù)合材料的微納結(jié)構(gòu)展示出了許多獨(dú)特的光學(xué)性能,如寬帶光吸收、異常光學(xué)透射和電磁場增強(qiáng)等,在光電子技術(shù)領(lǐng)域蘊(yùn)藏著巨大的應(yīng)用前景,已成為近年來的研究熱點(diǎn)之一。在此,我們構(gòu)建了幾種具有完美超寬帶、超窄帶光吸收/透射性能的金屬-介質(zhì)多層納米結(jié)構(gòu),并進(jìn)一步探索了其在太陽能捕獲和高品質(zhì)光學(xué)傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容:（1）構(gòu)建了一種基于耐火材料的金屬-介質(zhì)復(fù)合多層超寬帶吸收器。該吸收器由絕緣體-金屬-絕緣體（Insulator-Metal-Insulator,IMI）的光柵結(jié)構(gòu)和金屬-絕緣體-金屬（Metal-Insulator-Metal,MIM）的膜層堆積結(jié)構(gòu)疊加而成。由于導(dǎo)模共振、表面等離激元以及腔模等的協(xié)同作用,該吸收器在570 nm-3539 nm波段范圍內(nèi)展現(xiàn)了近完美的光吸收且平均光吸光率超過97%。而且,該吸收器中只采用了鈦（Ti）和氧化鋁（Al₂O₃）兩種高熔點(diǎn)材料,為吸收器的熱穩(wěn)定性提供了很好的保障。此外,在不... 

【文章來源】：江西師范大學(xué)江西省

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Liu等人提出的全金屬多頻超窄完美吸收體[2]（a）結(jié)構(gòu)示意圖；（b）最優(yōu)化參

基于金屬-介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)的超寬帶太陽能捕獲和超窄帶光學(xué)傳感研究3圖1-2：Wu等人[7]提出的全金屬開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)（a）結(jié)構(gòu)示意圖；（b）最優(yōu)參數(shù)下的透射、反射、吸收光譜。2017年，Gong等人提出了一種基于全金屬二維梯度納米結(jié)構(gòu)的新型寬帶吸收器[3]。利用周期性的連續(xù)平三角金納米陣列直接沉積在金膜上的方式，在380-690nm波段范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了寬帶近完美吸收，如圖1-3所示。在漸變結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域激發(fā)的非局域和局域等離激元共振是產(chǎn)生寬帶吸收的主要原因。此外，可以通過調(diào)整納米結(jié)構(gòu)的形狀和入射角來控制吸收特性。設(shè)計(jì)出的寬頻帶全金屬結(jié)構(gòu)在太陽能電池、光熱和光電器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是毋庸置疑這種全金材料的器件很難達(dá)到便民要求。圖1-3：Gong等人[3]提出的（a）2D梯度基于全金屬的的吸收器結(jié)構(gòu)示意圖；（b）在最優(yōu)參數(shù)下的吸收光譜，其中插圖為在三個(gè)吸收峰處的電場分布。2019年，Perrakis等人通過理論和實(shí)驗(yàn)提出了納米量級的周期性光柵結(jié)構(gòu)的簡單全金屬完美吸收體[25]。結(jié)構(gòu)的形狀如圖1-4（b）中的插圖所示。作者進(jìn)行了深入的數(shù)值分析，得到完美吸收現(xiàn)象的主要原因是激發(fā)了SPPs。同時(shí)通過模擬計(jì)算來檢測吸收器的高吸收率以及角度與吸收率不相關(guān)的特點(diǎn)，這兩個(gè)特點(diǎn)是一個(gè)有效吸收結(jié)構(gòu)基本的特征。為了驗(yàn)證理論結(jié)果，他們制備了兩個(gè)樣品，并用傅式轉(zhuǎn)換紅外線光譜儀測量樣品的反射和吸收光譜。圖1-4(a)、(b)所示是兩種參數(shù)下實(shí)驗(yàn)和模擬的反射、吸收光譜，可以看到在兩種參數(shù)下數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果具有非常高的吻合度。

基于金屬-介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)的超寬帶太陽能捕獲和超窄帶光學(xué)傳感研究3圖1-2：Wu等人[7]提出的全金屬開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)（a）結(jié)構(gòu)示意圖；（b）最優(yōu)參數(shù)下的透射、反射、吸收光譜。2017年，Gong等人提出了一種基于全金屬二維梯度納米結(jié)構(gòu)的新型寬帶吸收器[3]。利用周期性的連續(xù)平三角金納米陣列直接沉積在金膜上的方式，在380-690nm波段范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了寬帶近完美吸收，如圖1-3所示。在漸變結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域激發(fā)的非局域和局域等離激元共振是產(chǎn)生寬帶吸收的主要原因。此外，可以通過調(diào)整納米結(jié)構(gòu)的形狀和入射角來控制吸收特性。設(shè)計(jì)出的寬頻帶全金屬結(jié)構(gòu)在太陽能電池、光熱和光電器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但是毋庸置疑這種全金材料的器件很難達(dá)到便民要求。圖1-3：Gong等人[3]提出的（a）2D梯度基于全金屬的的吸收器結(jié)構(gòu)示意圖；（b）在最優(yōu)參數(shù)下的吸收光譜，其中插圖為在三個(gè)吸收峰處的電場分布。2019年，Perrakis等人通過理論和實(shí)驗(yàn)提出了納米量級的周期性光柵結(jié)構(gòu)的簡單全金屬完美吸收體[25]。結(jié)構(gòu)的形狀如圖1-4（b）中的插圖所示。作者進(jìn)行了深入的數(shù)值分析，得到完美吸收現(xiàn)象的主要原因是激發(fā)了SPPs。同時(shí)通過模擬計(jì)算來檢測吸收器的高吸收率以及角度與吸收率不相關(guān)的特點(diǎn)，這兩個(gè)特點(diǎn)是一個(gè)有效吸收結(jié)構(gòu)基本的特征。為了驗(yàn)證理論結(jié)果，他們制備了兩個(gè)樣品，并用傅式轉(zhuǎn)換紅外線光譜儀測量樣品的反射和吸收光譜。圖1-4(a)、(b)所示是兩種參數(shù)下實(shí)驗(yàn)和模擬的反射、吸收光譜，可以看到在兩種參數(shù)下數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果具有非常高的吻合度。

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]基于表面等離激元的微納光子器件設(shè)計(jì)[D]. 張璇如.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014

碩士論文
[1]亞波長結(jié)構(gòu)器件的電磁波吸收特性及應(yīng)用研究[D]. 曹靜.蘇州大學(xué) 2014
[2]亞波長微納光子器件紅外吸收特性研究[D]. 宋艷芹.蘇州大學(xué) 2013
[3]基于表面等離激元效應(yīng)的金屬納米結(jié)構(gòu)光學(xué)特性的研究[D]. 李婷.北京郵電大學(xué) 2011



本文編號：2924057