1、光子學是當今物理學領域發(fā)展十分迅速的一個領域。隨著納米科技的進步,傳統(tǒng)的光子學研究領域已經(jīng)被拓展到光子晶體、表面等離子激元學等新的研究方向。作為集成光路中最為基本的組成元件,光子晶體和表面等離子激元納米周期性材料與結構正吸引著越來越多的科研工作者的興趣,同時致使一個重要學科分支—納米光子學的產(chǎn)生。正是在這樣的背景下,我們開展了一些相關的研究工作。
　　 本學位論文主要研究光子晶體和表面等離子激元周期性材料中的新穎光學特性,基于此

2、設計出新型納米光子器件,并探討其在納米光子集成和提高薄膜太陽能電池效率等方面的應用。具體研究內(nèi)容與結果如下：
　　 (1)研究了光子晶體的色散特性,著重研究光子晶體的特殊光學現(xiàn)象-自準直、定向發(fā)射、同向耦合性質(zhì)。利用自準直和同向耦合效應,設計了一種耦合長度只有11倍晶格常數(shù)的可以任意彎曲的光子晶體分束器。通過對自準直區(qū)域入射和出射端面的修飾,即使入射點光源位置在15倍晶格常數(shù)距離之外,出射光仍可以形成定向發(fā)射,在空氣中傳播30倍

3、晶格常數(shù)距離時,發(fā)散角在15度以內(nèi)。在此基礎上,探討了光子晶體自準直、定向發(fā)射和同向耦合性質(zhì)在集成光學互聯(lián)中應用的可能性。
　　 (2)利用亞波長金屬狹縫結合表面電介質(zhì)光柵對表面等離子波的控制,提出了分別具有亞波長金屬單縫和雙縫的兩種表面等離子激元聚焦器件的設計方案,時域有限差分數(shù)值計算結果顯示,兩種金屬納米透鏡的聚焦光斑半高寬均小于入射光波長,會聚長度只有5到6倍入射光波長。通過改變表面光柵形狀與分布、入射小孔的形狀可以控制出

4、射光的相位變化,從而調(diào)節(jié)金屬納米透鏡的聚焦長度和聚焦光斑半高寬。
　　 (3)根據(jù)亞波長金屬復合光柵的衍射、散射、反射特性和表面等離子激元的近場電磁場增強效應,在太陽能電池背部引入復合光柵提出了一種能夠顯著提高光子捕獲能力的光學結構的設計方案。嚴格耦合波數(shù)值分析結果證實不論入射光的偏振狀態(tài)如何,此結構對長波長光子都表現(xiàn)出了良好的吸收能力。平均光吸收在光柵周期為250nm,寬度為100nm時會出現(xiàn)峰值。相比于相同厚度的平面非晶硅電