基于表面等离激元双曲超材料的光吸收及光电转换器件

发布时间：2020-06-06 23:52

【摘要】：随着表面等离激元理论研究的深入以及纳米加工技术的进步,纳米结构器件中的表面等离激元现象得到越来越多的关注和研究。通过器件结构的设计,研究者们利用纳米颗粒、纳米天线、纳米光栅等金属微纳结构以及金属-介质的复合人工超材料在纳米尺度实现了对电磁波的操控。双曲超材料,由于其独特的双曲色散特性和特殊的近场电磁波操控特性,在超分辨成像、能量转换、电磁防护等领域有着广阔的应用前景。本论文以表面等离激元双曲超材料结构器件为研究对象,着重对双曲超材料的金字塔结构吸收体和双曲超材料热电子光电探测器展开研究。我们首先对双通阳极氧化铝模板的模板转移和阵列制备工艺进行优化,利用高速真空热蒸镀银的方法在ITO玻璃上制备了高度完美有序的大面积无缺陷银纳米阵列。在此基础上,利用双通超薄AAO为掩膜制备双曲超材料的金字塔结构吸收体,并探究了金属背反射层以及金属和介质层厚度对双曲超材料的金字塔结构吸收体光学性能的影响。并且与纯银金字塔结构相比,超材料金字塔结构在300-1100 nm宽谱范围内具有很好的减反性能。接着,我们设计出ITO/MoO_3/Ag(8 nm)/Alq_3(5 nm)/Ag(100 nm)结构的双曲超材料热电子光电探测器。通过研究Ag/Alq_3周期数对器件光电性能的影响,实验发现,随着器件周期数的增加器件光响应增强,并且该种器件在半导体不吸光的波段同样随着周期数的增加光响应增强。此外,双曲超材料热电子光电探测器可在无外加电压条件下工作。最后,总结全文,并对双曲超材料金字塔结构吸收体和双曲超材料热电子光电探测器潜在的应用领域以及下一步的研究做出展望
【图文】：

表面等离激元,局域

图 1-1 (a) 传导表面等离激元，(b) 局域表面等离激元Fig.1-1 (a) Propagating surface plasmon. (b) Localized surface plasmon.SPPs 的电场分布是高度局域的，，由于金属的损耗，SPPs 在金属/介质界面上传播中会发生衰减，故而传播距离有限，最大场强位于界面处，在垂直于界面的方向呈现数衰减。一般，真空中光波的色散曲线处在 SPPs 左侧。频率相同时，光波波矢量小SPPs 波矢量，故不能直接激发 SPP。为了激发 SPP，常利用如图 1-2 所示的棱镜耦合(O结构和 Kretschmann 结构)、光栅耦合、波导耦合等一些特殊结构来实现波矢匹配。

棱镜耦合,波导耦合,耦合结构,光栅

图 1-1 (a) 传导表面等离激元，(b) 局域表面等离激元Fig.1-1 (a) Propagating surface plasmon. (b) Localized surface plasmon.SPPs 的电场分布是高度局域的，由于金属的损耗，SPPs 在金属/介质界面上发生衰减，故而传播距离有限，最大场强位于界面处，在垂直于界面的方向减。一般，真空中光波的色散曲线处在 SPPs 左侧。频率相同时，光波波矢s 波矢量，故不能直接激发 SPP。为了激发 SPP，常利用如图 1-2 所示的棱镜耦和 Kretschmann 结构)、光栅耦合、波导耦合等一些特殊结构来实现波矢匹
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN15

【参考文献】