基于金属-介质多层结构的超宽带太阳能捕获和超窄带光学传感研究
发布时间：2020-12-18 13:12
现代光电子信息技术对器件微型化和集成化的要求越来越高。超紧凑和微型化已成为当今光电子技术发展的必然趋势。基于金属-介质复合材料的微纳结构展示出了许多独特的光学性能,如宽带光吸收、异常光学透射和电磁场增强等,在光电子技术领域蕴藏着巨大的应用前景,已成为近年来的研究热点之一。在此,我们构建了几种具有完美超宽带、超窄带光吸收/透射性能的金属-介质多层纳米结构,并进一步探索了其在太阳能捕获和高品质光学传感领域的应用。主要包括以下几个内容:（1）构建了一种基于耐火材料的金属-介质复合多层超宽带吸收器。该吸收器由绝缘体-金属-绝缘体（Insulator-Metal-Insulator,IMI）的光栅结构和金属-绝缘体-金属（Metal-Insulator-Metal,MIM）的膜层堆积结构叠加而成。由于导模共振、表面等离激元以及腔模等的协同作用,该吸收器在570 nm-3539 nm波段范围内展现了近完美的光吸收且平均光吸光率超过97%。而且,该吸收器中只采用了钛（Ti）和氧化铝（Al2O3）两种高熔点材料,为吸收器的热稳定性提供了很好的保障。此外,在不...
【文章来源】：江西师范大学江西省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Liu等人提出的全金属多频超窄完美吸收体[2]（a）结构示意图；（b）最优化参
基于金属-介质多层结构的超宽带太阳能捕获和超窄带光学传感研究3图1-2：Wu等人[7]提出的全金属开口谐振环结构（a）结构示意图；（b）最优参数下的透射、反射、吸收光谱。2017年，Gong等人提出了一种基于全金属二维梯度纳米结构的新型宽带吸收器[3]。利用周期性的连续平三角金纳米阵列直接沉积在金膜上的方式，在380-690nm波段范围内实现了宽带近完美吸收，如图1-3所示。在渐变结构的不同区域激发的非局域和局域等离激元共振是产生宽带吸收的主要原因。此外，可以通过调整纳米结构的形状和入射角来控制吸收特性。设计出的宽频带全金属结构在太阳能电池、光热和光电器件等领域具有广阔的应用前景。但是毋庸置疑这种全金材料的器件很难达到便民要求。图1-3：Gong等人[3]提出的（a）2D梯度基于全金属的的吸收器结构示意图；（b）在最优参数下的吸收光谱，其中插图为在三个吸收峰处的电场分布。2019年，Perrakis等人通过理论和实验提出了纳米量级的周期性光栅结构的简单全金属完美吸收体[25]。结构的形状如图1-4（b）中的插图所示。作者进行了深入的数值分析，得到完美吸收现象的主要原因是激发了SPPs。同时通过模拟计算来检测吸收器的高吸收率以及角度与吸收率不相关的特点，这两个特点是一个有效吸收结构基本的特征。为了验证理论结果，他们制备了两个样品，并用傅式转换红外线光谱仪测量样品的反射和吸收光谱。图1-4(a)、(b)所示是两种参数下实验和模拟的反射、吸收光谱，可以看到在两种参数下数值模拟结果与实验测量结果具有非常高的吻合度。
基于金属-介质多层结构的超宽带太阳能捕获和超窄带光学传感研究3图1-2：Wu等人[7]提出的全金属开口谐振环结构（a）结构示意图；（b）最优参数下的透射、反射、吸收光谱。2017年，Gong等人提出了一种基于全金属二维梯度纳米结构的新型宽带吸收器[3]。利用周期性的连续平三角金纳米阵列直接沉积在金膜上的方式，在380-690nm波段范围内实现了宽带近完美吸收，如图1-3所示。在渐变结构的不同区域激发的非局域和局域等离激元共振是产生宽带吸收的主要原因。此外，可以通过调整纳米结构的形状和入射角来控制吸收特性。设计出的宽频带全金属结构在太阳能电池、光热和光电器件等领域具有广阔的应用前景。但是毋庸置疑这种全金材料的器件很难达到便民要求。图1-3：Gong等人[3]提出的（a）2D梯度基于全金属的的吸收器结构示意图；（b）在最优参数下的吸收光谱，其中插图为在三个吸收峰处的电场分布。2019年，Perrakis等人通过理论和实验提出了纳米量级的周期性光栅结构的简单全金属完美吸收体[25]。结构的形状如图1-4（b）中的插图所示。作者进行了深入的数值分析，得到完美吸收现象的主要原因是激发了SPPs。同时通过模拟计算来检测吸收器的高吸收率以及角度与吸收率不相关的特点，这两个特点是一个有效吸收结构基本的特征。为了验证理论结果，他们制备了两个样品，并用傅式转换红外线光谱仪测量样品的反射和吸收光谱。图1-4(a)、(b)所示是两种参数下实验和模拟的反射、吸收光谱，可以看到在两种参数下数值模拟结果与实验测量结果具有非常高的吻合度。
【参考文献】：
博士论文
[1]基于表面等离激元的微纳光子器件设计[D]. 张璇如.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]亚波长结构器件的电磁波吸收特性及应用研究[D]. 曹静.苏州大学 2014
[2]亚波长微纳光子器件红外吸收特性研究[D]. 宋艳芹.苏州大学 2013
[3]基于表面等离激元效应的金属纳米结构光学特性的研究[D]. 李婷.北京邮电大学 2011
本文编号：2924057
【文章来源】：江西师范大学江西省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Liu等人提出的全金属多频超窄完美吸收体[2]（a）结构示意图；（b）最优化参
基于金属-介质多层结构的超宽带太阳能捕获和超窄带光学传感研究3图1-2：Wu等人[7]提出的全金属开口谐振环结构（a）结构示意图；（b）最优参数下的透射、反射、吸收光谱。2017年，Gong等人提出了一种基于全金属二维梯度纳米结构的新型宽带吸收器[3]。利用周期性的连续平三角金纳米阵列直接沉积在金膜上的方式，在380-690nm波段范围内实现了宽带近完美吸收，如图1-3所示。在渐变结构的不同区域激发的非局域和局域等离激元共振是产生宽带吸收的主要原因。此外，可以通过调整纳米结构的形状和入射角来控制吸收特性。设计出的宽频带全金属结构在太阳能电池、光热和光电器件等领域具有广阔的应用前景。但是毋庸置疑这种全金材料的器件很难达到便民要求。图1-3：Gong等人[3]提出的（a）2D梯度基于全金属的的吸收器结构示意图；（b）在最优参数下的吸收光谱，其中插图为在三个吸收峰处的电场分布。2019年，Perrakis等人通过理论和实验提出了纳米量级的周期性光栅结构的简单全金属完美吸收体[25]。结构的形状如图1-4（b）中的插图所示。作者进行了深入的数值分析，得到完美吸收现象的主要原因是激发了SPPs。同时通过模拟计算来检测吸收器的高吸收率以及角度与吸收率不相关的特点，这两个特点是一个有效吸收结构基本的特征。为了验证理论结果，他们制备了两个样品，并用傅式转换红外线光谱仪测量样品的反射和吸收光谱。图1-4(a)、(b)所示是两种参数下实验和模拟的反射、吸收光谱，可以看到在两种参数下数值模拟结果与实验测量结果具有非常高的吻合度。
基于金属-介质多层结构的超宽带太阳能捕获和超窄带光学传感研究3图1-2：Wu等人[7]提出的全金属开口谐振环结构（a）结构示意图；（b）最优参数下的透射、反射、吸收光谱。2017年，Gong等人提出了一种基于全金属二维梯度纳米结构的新型宽带吸收器[3]。利用周期性的连续平三角金纳米阵列直接沉积在金膜上的方式，在380-690nm波段范围内实现了宽带近完美吸收，如图1-3所示。在渐变结构的不同区域激发的非局域和局域等离激元共振是产生宽带吸收的主要原因。此外，可以通过调整纳米结构的形状和入射角来控制吸收特性。设计出的宽频带全金属结构在太阳能电池、光热和光电器件等领域具有广阔的应用前景。但是毋庸置疑这种全金材料的器件很难达到便民要求。图1-3：Gong等人[3]提出的（a）2D梯度基于全金属的的吸收器结构示意图；（b）在最优参数下的吸收光谱，其中插图为在三个吸收峰处的电场分布。2019年，Perrakis等人通过理论和实验提出了纳米量级的周期性光栅结构的简单全金属完美吸收体[25]。结构的形状如图1-4（b）中的插图所示。作者进行了深入的数值分析，得到完美吸收现象的主要原因是激发了SPPs。同时通过模拟计算来检测吸收器的高吸收率以及角度与吸收率不相关的特点，这两个特点是一个有效吸收结构基本的特征。为了验证理论结果，他们制备了两个样品，并用傅式转换红外线光谱仪测量样品的反射和吸收光谱。图1-4(a)、(b)所示是两种参数下实验和模拟的反射、吸收光谱，可以看到在两种参数下数值模拟结果与实验测量结果具有非常高的吻合度。
【参考文献】：
博士论文
[1]基于表面等离激元的微纳光子器件设计[D]. 张璇如.中国科学技术大学 2014
硕士论文
[1]亚波长结构器件的电磁波吸收特性及应用研究[D]. 曹静.苏州大学 2014
[2]亚波长微纳光子器件红外吸收特性研究[D]. 宋艳芹.苏州大学 2013
[3]基于表面等离激元效应的金属纳米结构光学特性的研究[D]. 李婷.北京邮电大学 2011
本文编号：2924057
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