《基於多脊和非周期亞波長結構的增強吸收效應及其套用》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由吳俊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於多脊和非周期亞波長結構的增強吸收效應及其套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：吳俊
- 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來，基於亞波長結構的增強吸收器件由於具有廣泛的套用前景，使得它們成為目前的研究熱點。增強吸收器件分為兩種，一種是寬頻吸收器，主要套用於薄膜太陽能電池領域[Nat.Mater.9 205(2010)]，另一種是窄帶光譜選擇性吸收器，主要套用於高靈敏度的探測器、熱成像器件以及用於熱光伏器件中的窄帶吸收/熱輻射器等領域 [Phys.Rev.Lett.100 207402(2008)]。本項目擬基於我們深入研究過的雙脊光柵結構，探討多脊周期性和非周期性亞波長結構及級聯多層亞波長結構的增強吸收效應；基於此效應，擬設計新型的超寬頻偏振相關和無關吸收/輻射器件、多帶的窄帶光譜選擇性吸收器和寬頻吸收薄膜太陽能電池；在實驗方面，擬製作相關的器件，並測試相應的性能。本項目的研究結果將對未來太陽能電池、探測器和熱成像器件的發展具有重要的意義，也對發展我們國家的薄膜光伏器件和感測器等光電子產業具有重要的意義。
結題摘要
基於微納結構的增強吸收器件由於具有廣泛的套用前景，使得它們成為目前的研究熱點。本項目基於我們深入研究過的光柵結構器件，深入探討了多脊周期性和非周期性微納結構及級聯多層微納結構的增強吸收效應；基於此效應，設計了若干種新型的增強吸收器件。本項目首先研究了基於級聯金屬-電介質光柵器件的寬頻吸收效應的物理機制，基於此機制，設計了兩種TE偏振寬頻吸收器，所得結論可用於指導基於級聯金屬光柵結構的寬頻吸收器的設計。接著探討了基於單層金屬光柵-布拉格反射光柵的超窄帶吸收/熱輻射效應，在此基礎上設計出了線寬僅為16納米的TE偏振超窄帶光譜選擇性吸收器，可以用於窄帶吸收熱輻射器和紅外熱成像等領域，極大地拓展了光柵的套用範圍。此外，詳細研究了基於雙脊光柵和減反層的寬頻增強吸收效應，基於此效應設計了一種新型的太陽能電池，在可見光波段具有較高的積分吸收效率和大的角度無關性。另外，我們還詳細研究了紅外波段基於多層三角和梯形金屬光柵結構的寬頻增強吸收效應，在此基礎上設計了兩種超寬頻偏振無關吸收器，其在中紅外波段一個較寬的波段範圍和較大的入射角範圍內具有極高的吸收。緊接著，利用電介質光柵的導模諧振效應和布拉格光柵的光子能縫效應所產生的臨界耦合效應，實現了近紅外波段石墨烯納米條中的完全吸收和THz波段石墨烯單層中的可調諧理想吸收，所設計的石墨烯吸收器同時具有極窄的吸收譜線和高度的方向性。最後，利用兩維光柵的導模諧振效應和光子能縫效應所產生的臨界耦合效應，實現了紅外光在石墨烯納米塊中的偏振無關理想吸收。所得結果可以用來設計寬頻吸收器，超窄帶吸收器、太陽能電池和基於石墨烯的可調諧光電子器件等。
