量子阱红外探测器的等离激元微腔及波导光耦合

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1、密级:公开博士学位论文量子阱红外探测器的等离激元微腔及波导光耦合作者姓名:景友亮指导教师:李志锋研究员李宁研究员中科院上海技术物理研究所学位类别:理学博士学科专业:微电子与固体电子学研究方向：量子阱红外探测器的新型光耦合培养单位:中科院上海技术物理研究所2016年5月OpticalcouplingofplasmoniccavityandwaveguidewithquantumwellinfraredphotodetectorsByYouLiangJingADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSci

2、encesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofMicroelectronicsandSolidElectronicsTheShanghaiInstituteofTechnicalPhysicsMay,2016学位论文版权使用授权书本人完全了解中国科学院大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出

3、版章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，编入CNKI学位论文全文数据库并充实到“学位论文学术不端行为检测系统”比对资源库，同意按章程规定享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日致谢致谢首先诚挚地感谢课题组的学术带头人陆卫研究员，以及我的导师李志锋和李宁研究员，还有陈效双研究员。感谢他们在我读博期间的悉心培养和谆谆教诲，感谢他们将我引入半导体器件、电磁场仿真计算及表面等离激元这一片广阔的天地。从他们那我不仅学到了专业知识，培养了科研能力，还学习到了很多为人处世的道理，以及严谨的学术态度和对事业

4、的执着追求的精神，这将使我终生受益。从我论文选题到最终的论文定稿，期间的每一丝进步和每一点成绩都凝结四位老师无比的心血，每次科研能力的提升都倾注了四位老师殷切的期盼。四位老师学识渊博，思维敏锐，眼界开阔，每次与他们交谈都有茅塞顿开，醍醐灌顶之感。谨借论文完成之际向四位老师表示深深的敬意和由衷的感谢。这里还要特别地感谢陈效双研究员，感谢陈老师给予我很多理论上的指导与帮助。红外物理国家重点实验室一直具有活跃的学术氛围和互助的优良传统。感谢课题组张波、王少伟、陈平平、李天信、胡伟达、王文娟、甄红楼、周孝好、黄燕等老师给予的关心和帮助。特别感谢郭少令和骆振娅老师，承蒙他

5、们在日常生活和科研工作中的关心和帮助使研究工作得以顺利进行。感谢研究生部汪骏发、曾尚璀、李淑薇、朱晓琳、黄曦等老师在学习和人生道路上的指引。特别感谢李倩、李冠海、刘希辉、黄亮、廖开升、丁佳轶等师姐师兄及李世龙学长对我在工作和学习上予以的帮助，尤其在很多物理问题的讨论以及程序计算方面给了我很大的帮助。感谢王晗、李梦瑶、李梁、温洁、周玉伟、王超等，你们的陪伴点缀了我的博士生活，使得我度过了五年的愉快的求学生活，感谢并珍藏你们的友谊。感谢在技物所与我结下深厚友谊的同学、以及师弟师妹们，祝福你们都学业有成、心想事成。我要特别地感谢我的家人，是他们无私的奉献，才使得我得以

6、顺利完成学业。感谢我的朋友赵晓林、刘星星、于安琪等，是他们的支持和鼓励，给我了克服一切艰难险阻的勇气。最后衷心地向各位论文评阅和答辩的专家教授致以我最诚挚衷心的谢意！作者景友亮2016.4.I摘要摘要由于可重复性高、加工工艺成熟、均匀性好、响应时间短等特征，量子阱红外探测器成为了红外探测领域的一个热门方向。然而量子阱的子带跃迁机制导致其不能吸收垂直入射光且量子效率低等问题，制约着量子阱红外探测器的发展。人们往往通过集成光耦合结构来增强光场，进而达到提高量子效率的目2的。目前几乎所有的研究都建立在大光敏元(200200m)单元探测器上。与此同时，红外成像技术已

7、经发展到了第三代，多色、大规模红外焦平面阵列，可以获得目标物体的凝视成像。故而，要实现目标的凝视成像，光敏元的尺寸必须减小到像元尺寸（目前红外探测器通用像元尺寸为20-30m）。等离激元微腔结合了等离激元亚波长尺寸操控光子的能力与微腔捕获光子的本质，可以将光子超强压缩在亚波长尺寸区域内。本课题的工作围绕等离激元微腔与焦平面像元来展开，即将等离激元微腔集成到红外探测器像元上，等离激元微腔可以将垂直入射光强耦合进微腔内，被量子阱吸收，形成增强的光电流。主要的工作有：1.探讨了像元级表面等离激元微腔集成的量子阱红外探测器，实验的结果表明，通过等离激元微腔对光子的捕获

8、与光场增强，黑体响应率提