光子晶体复合结构增强宽带光吸收和发光的研究

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2、Ｔ乂常论义括交日期２日１６門地址？太原：山両太原理工大単声巧，是本人在指导教师的指导下｜本人郑重声巧：巧呈交的学位论女独立进行硏究所取得的成果。除文中已資注巧引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过削研究成果？对本文的研究。本声明的做出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明法律责任由本人承担。日期．论义作者签名；加ｂ３：奇啤关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、巧用学位论文的规定，其中包括、并向有关部口送交学位论女的原件与复印

3、；（Ｄ学校有权保管件、；感学校可Ｗ采用影印縮印或其它复制手段复制并保存学位论文；感学校可允许学位论文被查阅哉借陆；盛学校可Ｗ学术交流为目的，复制贈送巧交换学位论文：感学校可公巧学泣论丈的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。－签导名：斗如ｆ日期；如ｋ杉％师签名：啊、请义争日巧：５／太原理工大学硕士研究生学位论文光子晶体复合结构增强宽带光吸收和发光的研究摘要高效的宽带光吸收器在光伏系统、光电检测、军事隐身等方面有着广泛应用。1982年，Yablonovitch提出了在均匀Si薄膜内的

4、光吸收极限。然而，Yablonovitch极限仅适用于几何光学，对于亚波长结构，通过合理地设计结构，其吸收效率会远远超过Yablonovitch极限。目前，科学家们已经提出了很多含贵金属材料的周期性微纳光耦合结构来实现太阳光吸收的增强，但周期性结构只能实现在共振模处的窄带高吸收。白光LED作为一种重要的发光元件，它的应用渗透到各个领域，比如照明、显示器等。由于采用单晶型LED产生白光的发光方式与多晶型相比，在驱动电路上的设计会较为容易，成本较低，故通常采用单晶型产生白光。利用紫外光LED加RGB三波长荧光粉来达到白光的效果，其发光效率

5、比采用蓝光LED来激发好上许多。如今，由于越来越高的商业需求，白光LED的发光效率也需要进一步提高。由于红外LED逐渐广泛应用于空间光通信、地质勘测、红外照明以及摄像监控等方面，因此提高近红外LED的发光效率也越来越重要。为克服以上吸收带宽窄和LED发光效率低的问题，研究者采用光子晶体复合结构，实现了：（1）TM模式下，覆盖近紫外至红外波段内的高效、宽带、宽角度太阳能的吸收增强，且在红外波段超过了Yablonovitch极限；（2）TM模式和TE模式同时实现覆盖近紫外至红外波段内的高效、宽带、I太原理工大学硕士研究生学位论文宽角度太阳

6、能的吸收增强，且在红外波段超过了Yablonovitch极限；（3）实现了紫光、蓝光、绿光以及红光波段的高反射，有利于提高量子点的发光效率，可应用于增强白光LED的发光；（4）实现了近红外波段的高反射，从而提高红外LED的发光效率。利用严格耦合波分析法（RCWA）和有限时域差分法（FDTD），对结构的透射、反射、吸收、场强分布以及入射角度变化的影响作分析，主要研究内容及成果如下：1、将表面设有一维光子晶体结构的Si薄膜以及底部随机金属三角反射板结合，得到：对于TM模，覆盖0.3~9.9µm的高吸收，平均吸收效率高于60%，且入射角度变

7、化对吸收效率影响不大。2、对上述结构进行拓展，将表面设有二维光子晶体结构的Si薄膜以及底部二维随机倒金字塔形金属反射板结合，得到：s偏振和p偏振同时实现0.3~9.9µm的宽带光吸收，且吸收效率对入射角度变化不敏感。3、设计了(SiO2/TiO2)N结构，实现了紫外波段的窄带高反射，蓝色、绿色和红色波段的宽带高反射，从而增强紫色LED的激发和蓝色、绿色、红色发光物质的发光，最终增强的白光LED的发光。且当入射角度在0°~25°内以及TiO2的厚度在40nm~54nm内，高反射波段基本不变，从而降低了制备难度。4、设计了(SiO2/Si

8、)N结构，实现了近红外波段的高反射，从而增强近红外LED的发光效率。关键词：光子晶体，宽带吸收，白光LED,红外LED,时域有限差分法，严格耦合波分析法II太原理工大学硕士研究生学位论文ENHANCINGBROADBAN