復(fù)合結(jié)構(gòu)金屬納米薄膜電磁傳輸特性研究.pdf

1、金屬光學(xué)是現(xiàn)代光學(xué)的核心技術(shù)之一。隨著納米科技和近場(chǎng)光學(xué)的發(fā)展，各種微小尺度金屬結(jié)構(gòu)被研究，并廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如光電集成、化學(xué)生物監(jiān)測(cè)、光的控制與傳導(dǎo)、新型光源，以及納米薄膜太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。特別在當(dāng)前全球能源危機(jī)的大環(huán)境下，由于周期性金屬結(jié)構(gòu)獨(dú)特的異常光傳輸現(xiàn)象的存在，有可能制造出光效率高于目前主流技術(shù)數(shù)倍的新型光源，具有非常廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)該技術(shù)在軍事隱身材料等方向也得到應(yīng)用。新能源的開發(fā)利用是當(dāng)今世界最關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，

2、太陽(yáng)能電池的研制已經(jīng)是目前世界研究的新課題，如何能提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)成為許多科學(xué)研究者特別關(guān)注的問(wèn)題。在納米薄膜太陽(yáng)能電池中，周期性金屬結(jié)構(gòu)起到了至關(guān)重要的作用，由于金屬的特殊的光學(xué)特性，通過(guò)改變和調(diào)整金屬納米薄膜太陽(yáng)能電磁的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以找出各種參數(shù)變量對(duì)太陽(yáng)能電池的影響作用，并且可以大幅度的提高納米薄膜的電磁波穿透效率，從而為提高納米薄膜太陽(yáng)能電磁的轉(zhuǎn)換效率提供可靠的理論和數(shù)據(jù)依據(jù)。結(jié)合仿真軟件，通過(guò)理論分析和數(shù)值仿真模擬

3、，為光學(xué)器件設(shè)計(jì)提供了很大的理論支持，并且可以大大降低研發(fā)成本，縮短研發(fā)周期，仿真分析已成為現(xiàn)代光電研發(fā)中必不可少的環(huán)節(jié)。
　　 根據(jù)以上問(wèn)題，本文做出以下幾個(gè)方面的探討研究工作：
　　 (1)、簡(jiǎn)單介紹了一下太陽(yáng)能電池目前國(guó)內(nèi)外的研究狀況和太陽(yáng)能電池的發(fā)展未來(lái)，太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)，以及薄膜太陽(yáng)能電池研制的重要性。這是論文后面部分進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)分析的必要的前提。
　　 (2)、利用電磁波傳輸?shù)霓D(zhuǎn)移矩陣?yán)碚撨M(jìn)行理

4、論推算，對(duì)電磁波在各分層薄膜中的傳輸進(jìn)行系統(tǒng)的分析，這種方法簡(jiǎn)單易行。通過(guò)特性矩陣來(lái)研究分析電磁波穿透多層介質(zhì)薄膜時(shí)的透射率和反射率問(wèn)題[1］。這為后續(xù)計(jì)算仿真研究和數(shù)據(jù)分析提供理論依據(jù)。
　　 (3)、金屬特殊的光學(xué)特性，使得在金屬和介質(zhì)的界面處，在電磁波的照射下，會(huì)激發(fā)出表面等離子波，并且在界面中可以有效的傳輸表面等離子波，而夾在兩種介質(zhì)中間的金屬薄膜可以傳輸長(zhǎng)程表面等離子波。他們具有獨(dú)特的性質(zhì)，如有效折射率的存在范圍較大，

5、具有很強(qiáng)的場(chǎng)強(qiáng)增強(qiáng)效應(yīng)。金屬介質(zhì)不僅在集成的光學(xué)電子學(xué)領(lǐng)域，而且在分線性的光學(xué)，生物學(xué)，和分子學(xué)等領(lǐng)域獲得日益廣泛的應(yīng)用。
　　 (4)、構(gòu)造Si/Ag/Si復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜，通過(guò)電磁理論計(jì)算分析電磁波在復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜中傳輸特性進(jìn)行研究。并對(duì)電磁波穿透過(guò)程中呈現(xiàn)的許多新穎的特征進(jìn)行了認(rèn)真的分析和探討。其中由于金屬的特殊的光學(xué)特性，能夠在一定條件下激勵(lì)出表面等離子體激元，引起共振現(xiàn)象，并且和入射電磁波的耦合導(dǎo)致了透射的增強(qiáng)效應(yīng)。其中改變

6、金屬板厚度、孔的大小、襯底介質(zhì)、孔中填充的介質(zhì)和改變孔陣列的周期，以及電磁波入射角等因素，這都對(duì)孔陣列的透射率產(chǎn)生很重大的影響。本文的研究結(jié)果對(duì)深入理解金屬納米薄膜亞波長(zhǎng)孔陣列的透射增強(qiáng)特性具有指導(dǎo)意義。
　　 (5)金屬納米薄膜亞周期孔陣列的電磁波垂直透射的特性研究。依據(jù)Maxwell方程，從波動(dòng)方程出發(fā)，利用介質(zhì)薄膜的邊界條件，進(jìn)行理論計(jì)算，借助MATLAB數(shù)據(jù)仿真軟件，假設(shè)不同于上面的薄膜結(jié)構(gòu)，改變結(jié)構(gòu)的各種參數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)