基于金屬釩的表面等離子體吸收器件的研究與設(shè)計.pdf

1、由于受到衍射極限的約束，光子回路的尺寸在微米量級，然而，現(xiàn)今的制造工藝水平已經(jīng)可以將電子電路的線寬做到100納米以下，現(xiàn)有的光子回路不能滿足光信號的存儲和相關(guān)處理的要求，也不能滿足電子電路對光電子器件微型化和高度集成化的要求。因此，光學領(lǐng)域中基于表面等離子體共振的納米尺寸的光電子器件成為目前的研究熱點和探索方向。隨著表面等離子體理論研究的不斷深入以及微納型光電子器件制造工藝水平的顯著提高，基于表面等離子體的器件得到了廣泛應(yīng)用。由于表面等

2、離子體共振可將電磁場能量約束在金屬與介質(zhì)分界面處的納米尺寸空間范圍內(nèi)，且具有局域場增強效應(yīng)，使其在微納光子器件中有著許多潛在的應(yīng)用價值。
　　本文探討了基于金屬釩亞微米結(jié)構(gòu)的表面等離子體寬帶廣角紅外光吸收器，它由置于表面涂覆介質(zhì)層的金屬釩襯底上方周期性平行排列的無限長釩條構(gòu)成。它吸收效應(yīng)的物理機制是入射光與表面等離子體波耦合激發(fā)起局域表面等離子體共振，共振效應(yīng)約束了電磁場能量在金屬與介質(zhì)分界面附近，最終入射光能量以歐姆損失的形式損

3、耗在金屬中。本文還對吸收器提出了兩種改進型的結(jié)構(gòu)，并對基于金屬釩的吸收器與其它吸收器進行了比較?；诮饘兮C的吸收器具有對寬頻帶廣入射角度的入射光在諧振峰附近接近100％的吸收的特點，且由于金屬釩的熔點很高，該吸收器可用于強光高功率的應(yīng)用場合。本文使用有限元方法計算了基于金屬釩的吸收器的吸收頻譜，當P極化平面電磁波以小角度入射(入射角小于20°)時吸收率保持在98％以上的波長范圍為1.08μm至1.60μm，當P極化平面波以大角度入射（入

4、射角小于50°）時吸收率保持在98％以上的波長范圍為1.08μm至1.44μm。且當P極化平面波以10°入射時在諧振峰處（波長λ=1.54μm）的吸收率達到99.9％。吸收器具有亞波長尺寸結(jié)構(gòu)，易于集成到其它光學器件或電子回路當中;改變吸收器的幾何形狀、尺寸和中間介質(zhì)層的材料，都會顯著影響其吸收頻譜，可以通過改變其結(jié)構(gòu)和材料來制作吸收不同頻段光波的吸收器;根據(jù)吸收頻譜對介質(zhì)層折射率的敏感性可以制作折射率傳感器，對介質(zhì)材料進行高精度高靈敏