亞波長(zhǎng)微納光子器件紅外吸收特性研究.pdf

1、微納光子器件與技術(shù)作為一門(mén)新興學(xué)科，在許多領(lǐng)域具有重大潛在應(yīng)用，是目前國(guó)際光學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)之一。隨著光子器件的特征尺寸不斷縮小，當(dāng)其降至微納米（亞波長(zhǎng)）量級(jí)時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)很多宏觀條件下沒(méi)有的光學(xué)特性。利用微納尺寸結(jié)構(gòu)這種特殊的光學(xué)特性，可以設(shè)計(jì)出許多新型功能型光子器件及系統(tǒng)裝置。本文提出并研究了一種基于表面等離子共振腔結(jié)構(gòu)的紅外超寬帶近完美吸收光子器件。利用時(shí)域有限差分算法（FDTD），對(duì)光子器件在紅外波段的吸收特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究。

2、文章的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　論文提出了一種基于表面等離子激元的周期性啁啾亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)紅外超大帶寬近完美吸收光子器件。它由一維或二維空間周期性排列的亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)單元組成。每個(gè)亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)單元由均勻的金屬層和其上的多個(gè)寬度啁啾的金屬/電解質(zhì)雙層光柵結(jié)構(gòu)構(gòu)成的金屬-絕緣體-金屬諧振腔組成。每個(gè)諧振腔通過(guò)表面等離子激元俘獲共振波長(zhǎng)附近的光子。由于采用線(xiàn)性啁啾的諧振腔寬度,因而諧振腔的共振波長(zhǎng)可覆蓋較大的波長(zhǎng)范圍,通過(guò)亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和相位匹

3、配理論計(jì)算和優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了大波長(zhǎng)范圍內(nèi)的近完美吸收。在工作波長(zhǎng)~9μm處,吸收帶寬3μm范圍內(nèi)的平均吸收率達(dá)到92%。
　　在上述研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了一種便于制作的亞波長(zhǎng)紅外吸收光子器件結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可通過(guò)納米壓印技術(shù)對(duì)金屬-絕緣體-金屬多層膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行模壓從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制作。研究表明，采用合理的周期性亞波長(zhǎng)啁啾結(jié)構(gòu)，同時(shí)保證一定精度的模壓深度，也可實(shí)現(xiàn)大帶寬范圍內(nèi)的近完美吸收。這給亞波長(zhǎng)超帶寬完美吸收器件的批量生產(chǎn)制作提供了一