金屬微納結(jié)構(gòu)的光透射增強(qiáng)特性及其在LED中應(yīng)用的研究.pdf

1、光波導(dǎo)、光開關(guān)和光耦合器等基于表面等離子體的新型光子器件，在光通信、信息存儲(chǔ)和光子回路等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。隨著納米光刻技術(shù)的發(fā)展，使表面等離子體激元(Surface Plasmon Polaritons，SPPs)能在納米尺度下操控光子的運(yùn)動(dòng)。在光與亞波長(zhǎng)金屬微納結(jié)構(gòu)相互作用的研究中，發(fā)現(xiàn)了許多新效應(yīng)、新應(yīng)用。光波照射在周期性亞波長(zhǎng)圓形孔陣列而產(chǎn)生的光超強(qiáng)透射(Extraordinary Optical Transmission,

2、 EOT)現(xiàn)象，是關(guān)于表面等離子體激元最具吸引力的發(fā)現(xiàn)之一。
　　發(fā)光二極管（Light Emitting Diodes，LED）作為第四代固態(tài)照明工具必將引起照明技術(shù)的革命。LED芯片的高折射率導(dǎo)致光提取效率比較低，因此人們迫切需要制造出高效率、高亮度的LED。國(guó)內(nèi)外研究人員發(fā)現(xiàn)，金屬/介質(zhì)界面以及亞波長(zhǎng)金屬微納結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的表面等離子體激元能夠提高LED的光提取率。
　　本論文在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上,運(yùn)用三維或二維時(shí)域有限

3、差分法(FDTD),結(jié)合金屬色散及相關(guān)電磁場(chǎng)理論。研究了具有周期性亞波長(zhǎng)魚形孔陣列微納結(jié)構(gòu)金屬膜的光學(xué)透射特性,探討了單元尺寸和孔形狀對(duì)魚形孔陣列金屬微納結(jié)構(gòu)的光學(xué)濾波特性。研究了具有金屬微納結(jié)構(gòu)的GaN-LED輻射增強(qiáng)特性，探討了微納結(jié)構(gòu)參數(shù)及電偶極子源的位置對(duì)GaN-LED光提取率的影響，主要內(nèi)容如下：
　　（1）介紹了表面等離子體的基本性質(zhì)及超強(qiáng)光透射現(xiàn)象的物理機(jī)理，并詳盡介紹了本論文中運(yùn)用的電磁場(chǎng)的數(shù)值模擬方法—時(shí)域有限差

4、分(FDTD)方法的基本理論，介紹了LED的內(nèi)量子效率、光提取率和外量子效率以及他們之間的關(guān)系。
　　（2）利用三維FDTD方法，模擬計(jì)算了亞波長(zhǎng)魚型孔陣列結(jié)構(gòu)的光傳輸特性，結(jié)果顯示魚形孔陣列金屬微結(jié)構(gòu)具有較高的透射效率，并且具有較高的濾波品質(zhì)因子。通過(guò)分析電場(chǎng)分布圖，揭示了這種透射的兩種不同物理機(jī)制：局域波導(dǎo)共振模式和表面等離子體共振模式。兩種共振模式在魚形孔區(qū)域的不同位置、不同時(shí)刻以不同形式出現(xiàn)。
　?。?）利用三維 F