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《南京理工大学》 2017年
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金属/电介质周期性微纳光子功能结构的设计制备与应用研究

张伟  
【摘要】:过去十年里,微纳光学和光子学得到了迅猛发展。以亚波长光栅、光子晶体、超材料为代表的周期性微纳光子功能器件在光通信、显示照明、信息存储、生命科学、能源技术等领域得到了广泛的关注和研究。本文主要研究了周期性微纳光子功能结构在薄膜太阳能电池、生物传感器及量子点发光器件中的应用,具体研究内容与结果归纳如下:(1)基于一维及二维复合光栅设计了多种薄膜太阳能电池陷光结构模型,并采用严格耦合波分析法及时域有限差分法进行计算和模拟。研究结果表明,纳米减反结构及表面等离子体激元效应可以有效提高光在薄膜太阳能电池中的吸收效率。入射窗口层采用一维光栅结构可以有效提高TM偏振光的吸收,但对TE光作用不大,而采用在x和y方向上周期相同的二维对称结构则可以消除光偏振态对陷光效果的影响。在背反射极上引入二维金属纳米结构可激发局域表面等离子体激元效应,在薄膜太阳能电池结构周期为220nm,上表面减介质柱直径为154nm,背反射极为金属-电介质-金属纳米结构,且内金属柱半径为16.5nm,内环半径为60.5nm,外环半径为88nm时,理想短路电流高达39.1mA/cm2,接近于晶硅太阳能电池短路电流极限值42.2mA/cm2。(2)研究了二维环形光子晶体在生物传感器中的应用。我们采用平面波展开法系统研究了二维环形光子晶体的带隙结构及其随环形折射率变化时的变化特征。结果表明,环形空气孔单元的引入能有效压低二维光子晶体的带隙上带边工作频率,从而获得比普通空气孔型二维光子晶体更高的传感灵敏度。通过对环形空气单元结构优化设计,得到的二维环形光子晶体折射率探测灵敏度高达738nm/RIU,超越了目前空气孔型二维光子晶体的探测灵敏度极限值500nm/RIU。同时,我们提出了一种交叉偏振式方法来定义二维光子晶体传感器的工作方式,这种方法需要光子晶体同时稳定地支持TE和TM两种偏振方式,得到的灵敏度是两种偏振灵敏度之和,因而特别适合二维环形光子晶体工作。仿真结果表明,最优的二维环形光子晶体结构可将折射率灵敏度提高到1190nm/RIU,有效促进了二维光子晶体生物传感器的发展和应用。(3)研究了二维环形光子晶体在量子点发光器件中的应用。我们将二维环形光子晶体微腔应用于InAs量子点发光器件模型中,通过对微腔结构的设计与参数优化,实现了在TE和TM两种偏振态下,光子晶体平面内在1.3μm附近均有一个非常尖的传输峰,且平面内Q值达到了 105~106量级。二维环形光子晶体微腔可有效提高量子点发光器件的发光效率,这得益于其对两种偏振态的良好支持。同时,我们采用FIB对二维环形光子晶体微腔进行制备,结果表明,在对刻蚀深度没有严格要求的前提下,FIB通过优化刻蚀参数能够满足空气环的刻蚀精度和高重复性要求。通过光致发光谱测试,验证了二维光子晶体量子点发光器件的性能,达到了预期设计效果。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O734;TN383

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 冯辉;汪力;;太赫兹表面等离激元共振传感器[J];光谱学与光谱分析;2011年08期
2 顾培夫,黄弼勤,郑臻荣;用于可见光区的薄膜光子晶体全角度反射器[J];物理学报;2005年08期
3 袁惠,周进,王晓伟,黄信凡;一维深亚波长光栅的耦合波分析及偏振特性的研究[J];中国激光;2002年09期
4 张国平,叶嘉雄,李再光;二元相位光栅抗反射特性的耦合波分析[J];光电子·激光;1996年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 曹召良;亚波长抗反射光栅的设计分析与制作[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谢检来;郝永芹;张家斌;晏长岭;马晓辉;王志伟;王霞;;一种具有低折射率的高对比度光栅反射镜的设计[J];发光学报;2018年06期
2 俞洁;慈明珠;鲁泉玲;马舒晴;姜丽;雷菊英;刘勇弟;张金龙;;TiO_2反蛋白石光子晶体最新研究进展[J];影像科学与光化学;2018年01期
3 刘文莉;周昨宇;唐婷婷;何修军;;可见光波段全角度反射器的设计[J];光电子技术;2017年04期
4 刘文莉;唐婷婷;何修军;;左手材料全角度反射器的设计[J];光电子·激光;2017年12期
5 谢检来;郝永芹;王志伟;王霞;晏长岭;刘国军;马晓辉;李杨;岳光礼;张昕;;2μm波段GaSb基亚波长光栅反射镜的设计[J];激光与光电子学进展;2017年07期
6 邓立儿;巩蕾;;一维三元异质结构光子晶体反射特性[J];光子学报;2016年05期
7 刘文莉;袁一丹;唐婷婷;何修军;;近红外宽带全方向反射镜的设计[J];人工晶体学报;2015年01期
8 邹泽华;李祥霞;田东康;杨毅彪;费宏明;;基于一维光子晶体的可见光波段大角度反射器研究[J];太原理工大学学报;2015年01期
9 刘重阳;赵万利;;红外偏振成像技术研究[J];光电技术应用;2014年05期
10 李祥霞;陈智辉;田东康;杨毅彪;费宏明;王云才;;可见光至近红外一维光子晶体反射特性研究[J];深圳大学学报(理工版);2014年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 徐尚君;蓝宝石表面氧化钇薄膜的制备及性能研究[D];南京航空航天大学;2017年
2 李婷;利用二维陷光结构增加硅薄膜太阳能电池吸收的设计研究[D];宁夏大学;2016年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汤炳书,吴正怀;浅谈光子晶体及其应用[J];滁州师专学报;2001年03期
2 方舟 ,严寒 ,小平;光子晶体[J];光机电信息;2002年12期
3 易小菊;控制光子的“半导体”——光子晶体[J];湖南大学学报(自然科学版);2003年S1期
4 ;科学家获得光子晶体纳米结构[J];光学仪器;2003年02期
5 李蔚;光电子技术的又一重大发展——光子晶体及其应用[J];世界产品与技术;2003年06期
6 胡兴军;杨燕;;光子晶体的技术和新产品开发情况[J];集成电路应用;2004年10期
7 蒋锐 ,曹三松;光子晶体可能成为磁激发器[J];激光技术;2004年03期
8 开桂云,董孝义,秦玉文,何杰,巴恩旭,汪美林;《全国光子晶体及其应用学术交流与发展战略研讨会》纪要[J];光电子·激光;2005年08期
9 孙涛涛;金碧辉;;光子晶体 数据聚焦分析[J];科学观察;2006年05期
10 张勐;;面向未来超级计算机的光子晶体管[J];世界科技研究与发展;2007年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 顾忠泽;赵祥伟;朱蓉;;基于光子晶体的生物分子编码[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
2 娄建勇;徐铁军;徐宝连;邰伟莹;;异质缺陷光子晶体的高性能光捕获研究[A];2011西部光子学学术会议论文摘要集[C];2011年
3 李志远;刘荣鹃;傅晋欣;;磁光光子晶体的理论和实验研究[A];第八届全国光学前沿问题讨论会论文集[C];2009年
4 王京霞;崔丽影;田恩涛;江雷;宋延林;;大面积、高强度聚合物光子晶体的制备[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
5 葛建平;;胶体光子晶体的磁组装及显示性能研究[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
6 马龙;;光电子学新技术-光子晶体[A];江苏省通信学会2004年学术年会论文集[C];2004年
7 汪河洲;;光子晶体研究[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年
8 胡小永;江萍;杨宏;龚旗煌;;飞秒超快速可调谐有机光子晶体微腔[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
9 顾忠泽;刘兆彬;赵祥伟;;可用于生物分子编码的自组装光子晶体[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
10 王志兵;叶永红;;光子晶体中光学微腔的发光调制[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 贾正根;光子晶体学俏然崛起[N];中国电子报;2001年
2 清华大学材料科学与工程系 周济;光子晶体:光信息时代的“半导体”[N];中国电子报;2005年
3 张孟军;攀登光子晶体高峰的人[N];科技日报;2004年
4 刘霞;美制成兼具电学光学性质的光子晶体[N];科技日报;2011年
5 丛林;聚合物光子晶体研究取得进展[N];中国化工报;2011年
6 华凌;耐上千摄氏度高温的光子晶体问世[N];科技日报;2012年
7 杨健;中科院取得光子晶体理论创新[N];人民日报;2003年
8 ;我国光子晶体中原子自发辐射特性研究获突破[N];中国高新技术产业导报;2006年
9 新华;可变色塑料薄膜开发成功[N];福建科技报;2007年
10 ;穿上变色塑料薄膜“新衣”,食品变质一看就知[N];新华每日电讯;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 朱志宏;光子晶体应用理论研究[D];国防科学技术大学;2007年
2 王昕;平面光子晶体研究[D];复旦大学;2007年
3 王晓玲;光子晶体在生化传感中的应用研究[D];北京邮电大学;2009年
4 李岩;光子晶体及其应用的数值模拟研究[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2004年
5 李文超;折射率可调的光子晶体及实验的研究[D];河北工业大学;2011年
6 张飒飒;聚合物光子晶体的制备及其光学特性研究[D];山东大学;2008年
7 徐晓创;一维金属/介质光子晶体的理论研究[D];复旦大学;2006年
8 童凯;一维缺陷光子晶体及其温度特性的研究[D];燕山大学;2007年
9 刘占芳;复合结构光子晶体的制备与性质[D];吉林大学;2008年
10 胡真;光子晶体器件数值模拟的Dirichlet-to-Neumann方法[D];中国科学技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李天龙;光子晶体热控涂层的力学行为研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
2 杜娟;光子晶体及其应用的研究[D];西安电子科技大学;2008年
3 张琳;光子晶体构筑基元的制备和表面修饰[D];青岛大学;2009年
4 张世昌;正方柱光子晶体中电磁波的异常传输现象研究[D];湖南大学;2009年
5 李集思;一维金属介质光子晶体的光学特性和应用研究[D];吉林大学;2010年
6 方博;光子晶体中光脉冲的动态调控和色散关系研究[D];上海交通大学;2010年
7 雍振;光子晶体传输特性数值模拟的时域有限差分方法研究[D];西安石油大学;2009年
8 周宏丽;一维非线性光子晶体光限幅器的数值分析[D];哈尔滨工业大学;2009年
9 许攀;光子晶体分形及滤波特性研究[D];北京邮电大学;2010年
10 刘鉴旭;光子晶体高频结构的研究[D];电子科技大学;2010年
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