微纳结构超表面增强吸收研究

发布时间：2020-07-15 23:22

【摘要】：鉴于微纳结构增强吸收可以大大降低传统能源的过度消耗以及广泛的应用,其在人们的生活中起着日益重要的作用并且被越来越多的人关注。本论文主要关注微纳超表面结构的增强吸收在两个方面的应用,一方面是宽光谱偏振无关吸收体,采用有效介质理论以及时域有限差分法,讨论此结构在可见光范围内的吸收效率,偏振不相关性和入射角度,并从电磁场分布出发,分析此超表面结构增强吸收的物理机制;另一方面是对二维全吸收光栅传感器的研究,采用阻抗匹配法和时域有限差分法,讨论结构的吸收特性,分析结构在环境介质折射率变化时的FOM*值。本文的具体工作如下:(1)提出一种宽光谱偏振无关超表面结构。此结构在整个可见光区域内,正入射条件下,TM和TE偏振的平均吸收效率都高于98.91%,偏振不相关,45°入射角度内吸收效率仍然高于95%。此宽光谱偏振无关吸收体优良的吸收特性在TM偏振下归因于存在的布儒斯特角和结构具有的梯度折射率,在TE偏振下归因于SiO_2减反射层和结构具有的梯度折射率。(2)设计一种偏振无关的二维全吸收光栅超表面结构,对结构中各参数的影响以及传感特性进行了分析。研究结果表明,正入射情况下,在波长818nm处,吸收效率在99%以上;调整光栅结构参数,在保证吸收效率的情况下,吸收峰值波长可线性变化;结构的吸收特性对20°以内的入射角度不敏感;结构的吸收峰值波长对折射率变化十分敏感,敏感度为753nm/RIU,品质因子FOM值为19.7,FOM*值超过300,传感能力强。本文在微纳结构超表面增强吸收领域做出了一定的贡献。设计的宽光谱偏振无关吸收体不仅在整个可见光范围内达到了理想的吸收效率,对入射角度不敏感,尤为突出的是,实现了偏振无关特性,解决了目前二维吸收体存在的难实现宽谱偏振无关的问题;提出的二维全吸收光栅传感器的敏感程度得到了提高,在折射率(Refractive Index,RI)传感器上可以有很好的应用。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O433
【图文】：

长春理工大学硕士学位论文具有完美吸收又宽谱偏振无关的二维吸收体仍然是一个挑战。全吸收光栅传感器的应用来看，自 1902 年 wood 等人[29]观测到金属纳米结构的表面等离激元吸收增强特性就被应用到了各个结构形状和周围环境因素十分敏感，使其在折射率传感器方面关注，提高金属微纳结构传感器的有效精度仍然是人们持续探结构增强吸收类型体-金属吸收体

3光以及近红外波段的光的吸收。非寻常的导体化合物，比如2ZrB ，其等离子激元频率与理想波长料作为的减反射层结合后，其平均吸收效率可以达到93%。额外的一些必要条件时也可以表现出较好的太阳能吸收特性收材料可以利用在多叠层吸收体以及金属陶瓷吸收体中作为主吸收体层薄层叠加或者多层干涉叠层可以设计可选择吸收体，由于多在膜层之间界面的反射，其在特定范围波段可增强吸收。如图 1薄的金属薄层 D（几个纳米）可以看做半透明反射层，上下层在红外波段具有高反射率，随着波长逐渐下降到可见光波段，层介质 C 主要作用是减少可见光波段的反射，介质层的厚度决形状。半透明金属层B进一步降低了在可见光范围内的反射，在可见光区域内的吸收并且可以拓宽吸收谱范围。

图 1.3 枝状吸收体结构图[30]米线可以产生高质量的表面纹理结构，从过简单的氯反应离子蚀刻制备了硅纳米线率相比于纳米线及平面要高的多，可以达b) 图 1.4 纳米锥吸收体[34]（a）SEM 图像 （b）纳米锥阵列图 （c）吸收收体层，又称为金属陶瓷，由陶瓷基质以及嵌

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本文编号：2757155