【摘要】：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(duì)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(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn),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(lái)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(chǎng)光理論,突破經(jīng)典衍射極限理論,在亞波長(zhǎng)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(duì)稱環(huán)境下的光柵結(jié)構(gòu),以及光子晶體波導(dǎo)和諧振腔結(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(zhǎng)結(jié)構(gòu)中的異常共振,設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)包含無(wú)縫金屬平板和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(shí)當(dāng)使用15nm厚的銀金屬板層時(shí),整個(gè)結(jié)構(gòu)的等效薄膜阻抗只有2Ω/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(duì)薄膜阻抗要求很高的太陽(yáng)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(duì)于TM偏振入射光在1.9μm附近能夠?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(duì)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(duì)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(jì)并制造出了一種新型的光子晶體高集成的光譜探測(cè)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(zhǎng)1520nm到1560nm的通信波長(zhǎng)內(nèi),把光源的頻譜信息一一對(duì)應(yīng)于探測(cè)器中空間位置信息并以此分辨光譜,光譜分辨率可達(dá)1nm。通過改變相應(yīng)的光子晶體波導(dǎo)和諧振腔的參數(shù),可以制造出可見光到紅外區(qū)域的光譜探測(cè)器器件,且與傳統(tǒng)光柵光譜探測(cè)器相比,體積小,精確度高,集成度高,在未來(lái)大量的集成光子器件中有著廣泛應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN25

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