發(fā)布時間：2018-04-12 00:29

  本文選題：硅薄膜 + 鈣薄膜　； 參考：《河南師范大學》2017年碩士論文

【摘要】：光的傳輸特性一直都是人們普遍關心的一個物理現(xiàn)象,隨著人們研究的深入,人們可以通過不同的光子人工微結構對光的傳輸進行操控,其中,光子晶體作為一種由不同折射率材料組成的周期性人工微結構,在概念被提出后就引起了人們廣泛的關注。光子晶體作為增強光吸收的一種陷光結構,是增強光吸收的有效方法之一。自表面等離激元提出以來,科學家們運用了各種新型光子器件來激發(fā)表面等離激元。隨著光學器件研究的發(fā)展,人們更加關注突破衍射極限的表面等離激元的研究。本文提出并通過數(shù)值仿真證明了硅基微納結構薄膜在給定吸收層厚度的情況下,能夠在可見光范圍內顯著提高全向光吸收,并從理論上探討了鈣薄膜在Kretschmann激發(fā)下的等離激元特性,通過計算發(fā)現(xiàn),具有等離激元特性的鈣薄膜可用作Fraunhofer波長窄帶濾波器。論文的第二章對本文中用的理論研究方法進行了闡述,其中重點講述了通過平面波展開法對光子晶體的計算和嚴格耦合波法。論文的第三章提出了一種由硅基光子晶體與金屬復合微納結構薄膜,并通過數(shù)值仿真證明了在給定吸收層厚度的情況下,硅基微納結構薄膜能夠在可見光范圍內顯著提高全向的光吸收。與完整的硅/金屬復合薄膜進行比較研究發(fā)現(xiàn),在硅薄膜厚度相同的條件下,硅基微納結構薄膜能夠使吸收率提高近70%。此外,通過分析發(fā)現(xiàn)這種硅基微結構具有全向的完全帶隙,能夠在較寬的空間頻譜范圍提供合適的反射相移,使得硅基微納結構薄膜的增強吸收效應在入射角高達60°的情況下依然可行。為了進一步研究硅基微納結構的性質,本文利用平面波展開法計算硅基微納結構薄膜的能帶結構通過對相應結構的能帶以及相應模式場構型分析可以了解,這種對入射角度變化不敏感的光吸收增強效應可以歸因于,金屬平板與截斷的光子晶體中特殊的邊界陷光效應和六角晶格的全向帶隙。在論文的第四章,本文從理論上探討了堿金屬鈣質薄膜在Kretschmann激發(fā)下的等離子激元特性。基于表面等離子激元,鈣質薄膜對p偏振光的吸光率吸收可達100%,遠遠高于其在422.7nm的波長處區(qū)(對應于Fraunhofer g線)對s偏振光的吸光率吸收。在422.7nm的波長下,45nm厚鈣質薄膜對s偏振光的反射率約為76%,當入射角為19?時,對p偏振光的反射率達到最小值。由于該基于鈣質薄膜的窄帶濾波器為體積龐大的固態(tài)器件,尤其適合于平面內集成,與傳統(tǒng)的鈣原子濾波器搭配使用效果更好。此外,基于鈣質薄膜的等離子體濾波器在具有角度靈敏度和偏振靈敏度的傳感器以及弱激光檢測領域具有應用前景。
[Abstract]:The transmission characteristics of light have always been a physical phenomenon of general concern. With the development of research, people can manipulate the transmission of light through different photons artificial microstructures, among which,As a periodic artificial structure composed of different refractive index materials, photonic crystals have attracted much attention since the concept was proposed.Photonic crystals, as a trapping structure of enhanced light absorption, are one of the effective methods to enhance light absorption.Since the introduction of surface isoexcitators, scientists have used a variety of new photonic devices to excite surface isoexcitators.With the development of optical devices, more attention has been paid to the study of surface isopherons that break through the diffraction limit.In this paper, the numerical simulation results show that the Si-based thin films can increase the omnidirectional optical absorption significantly in the visible range under the given absorption layer thickness.The characteristics of Kretschmann excited calcium thin films are discussed theoretically. It is found that the calcium thin films with the characteristics of isophosphors can be used as narrow band filters for Fraunhofer wavelength.In the second chapter, the theoretical methods used in this paper are described, in which the calculation of photonic crystals by plane wave expansion method and the strictly coupled wave method are emphasized.In the third chapter of the thesis, a kind of thin film with silicon based photonic crystal and metal composite microstructures is proposed, and it is proved by numerical simulation that the thickness of absorption layer is given.Silicon-based micro-nano-structure films can significantly improve the omnidirectional optical absorption in the visible range.Compared with the complete silicon / metal composite film, it is found that the absorption rate can be increased by nearly 70% under the condition of the same thickness of silicon film.In addition, it is found that the Si-based microstructures have omnidirectional complete bandgap, which can provide a suitable reflection phase shift in a wide spatial spectrum range.The enhanced absorption effect of Si-based thin films is still feasible when the incident angle is as high as 60 擄.In order to further study the properties of silicon based micro / nano structure, the energy band structure of silicon based micro / nano structure thin films can be calculated by using plane wave expansion method through the analysis of the corresponding structure's energy band and the corresponding mode field configuration.This enhancement effect, which is insensitive to the change of incident angle, can be attributed to the special boundary trapping effect in the metal plate and the truncated photonic crystal and the omnidirectional band gap of the hexagonal lattice.In the fourth chapter, the plasma excitations of alkaline calcium films excited by Kretschmann are discussed theoretically.Based on the surface plasma exciton, the absorption rate of p-polarized light of calcium thin film can reach 100%, which is much higher than the absorption rate of S-polarized light in the wavelength region of 422.7nm (corresponding to Fraunhofer g line).At the wavelength of 422.7nm, the reflectivity of 45nm thick calcareous thin film to S-polarized light is about 76, when the incident angle is 19?The reflectivity of p-polarized light reaches the minimum value.Because the narrow band filter based on calcium thin film is a solid state device with large volume, it is especially suitable for in-plane integration, and the effect is better in combination with the traditional calcium atom filter.In addition, plasma filters based on calcium thin films have promising applications in sensor with angular sensitivity and polarization sensitivity, as well as in the field of weak laser detection.
【學位授予單位】：河南師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN713;O734

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本文編號：1738381