寬光譜高效率納米金屬光天線的研究

《寬光譜高效率納米金屬光天線的研究》是依託山東大學，由孔凡敏擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：寬光譜高效率納米金屬光天線的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孔凡敏
• 依託單位：山東大學

中文摘要

隨著微細加工技術的發展, 納米金屬結構體系的研究取得了很大的發展，利用納米金屬結構中SPPs獨特的光學特性，在新型光源、光伏電池、高靈敏生物感測器等領域有著重要的套用前景。如何利用光天線在較寬光譜內實現光場的控制和約束，提高光電器件的轉換效率，是目前亟待解決的科學問題。本課題立足於表面等離激元學的國際前沿問題，在研究納米金屬結構中SPPs激發、耦合等基本物理問題的基礎上，利用SPPs在納米金屬結構中所表現的場增強效應以及異常光透射現象，結合超材料和變換光學等新的光波控制和約束理論，通過結構仿真和材料最佳化，設計並製作新型納米金屬光天線，在寬光譜內實現高效的光電能量轉換和轉移，從而拓寬傳統光電器件的設計原理和方法，為新型光電器件的研究提供重要的理論依據和技術支持。

結題摘要

本研究對納米金屬/介質結構光天線的一系列理論和實踐問題進行了系統的探討，取得了多項有創新意義的結果,達到並在某些方面超過了預定的目標。首先研究了納米金屬柱光天線陣的遠場輻射特性，分析了其增益和方向性與天線結構的關係；利用離散偶極子近似方法，研究了單體銀納米粒子和銀納米粒子陣列的光譜特性。其次, 研究了寬光譜蝴蝶結型納米金屬光天線的近場特性, 總結了其結構參數的變化對其Purcell因子及近場特性變化的規律; 研究了變換光學等新的光波控制和約束理論，設計了改變可控物體散射界面大小的電磁結構。再次，研究了利用銀納米圓盤光天線陣列增強LED出光效率的物理機制, 通過對LED有源區的近場分布和遠場方向性的分析，從理論上解釋了金屬納米光天線結構生成的表面等離激元對LED性能增強的影響, 利用該模型可使得表面等離激元與有源層有效耦合,從而增強有源層的自發輻射率。最後，研究了納米介質結構增強LED增加光提取效率的物理機制，總結了各種周期性納米介質結構對提高LED的發光效率的影響規律；同時分析了帶有缺陷結構、無序結構的納米介質結構對LED的發光效率的影響；首次了提出通過設計具有特殊空間頻譜分布的光子晶體來提高發光二極體的發光效率方法。這些研究成果為高效率的光天線和光電器件的設計和製備提供了一套理論基礎。