光学微纳结构的制备方法及应用研究

论文摘要

光学微纳结构的研究随着波动光学和纳米技术的发展,已经取得了长足的进步,成为了当今光子学领域研究的主流方向。目前的研究主要包括了利用光学微纳结构实现对光的传播、发射和吸收性质的调控等工作。虽然对光学微纳结构的制备及应用的研究已经持续了20多年的时间,至今仍然存在着诸多的问题和挑战,比如,目前的制备方法不但成本高昂而且耗时很长；结构尺寸或结构参数导致的光学性质在制备过程中一经设定就无法改变；如何高效的将光学微纳结构的众多优点用在LED照明和太阳能电池发电等与国计民生相关的产业上等。针对上述问题,本文将分为五章来展开分析和讨论。第一章主要对光学微纳结构的性质和应用做了一个简要论述,并概括地回顾了光学微纳结构的发展历程和最新的研究进展。第二章主要介绍了我们课题组在光学微纳结构的研究中逐渐具备并使用的制备方法、实验表征手段和理论模拟方法。另外,这一章还列出了作者在研究本课题的过程中制备的几种光学微纳结构的实例。作者通过把自组装和电化学沉积、纳米压印、接触转移等技术相结合,实现了一系列大面积、低成本、高效率地制备光学微纳结构的方法。第三章是关于一种实时可调的表面等离激元结构的制备方法及其应用前景的研究。通过引入柔软且具有弹性的材料作为衬底,我们就可以使用外力来调节样品的周期性、对称性等结构参数,达到实时调控该表面等离激元结构光学响应性质的目的。相对于之前他人的研究工作,我们的体系能更好的自由调节表面等离激元的共振峰位使其移动达50 nm以上,形变可达到50%以上且结构不被破坏。我们在第四章中开展了关于表面等离激元结构增强OLED材料光致发光效应的研究。由于金属结构表面等离激元的作用,材料的光致发光谱的强度显著增强,整体增强了4倍以上,而在表面等离激元强共振模式的作用下,光致发光谱的部分波段得到接近40倍的增强,从而使整个谱线得到了较好的展宽。第五章主要介绍了利用光学微纳结构增强有机薄膜太阳能电池效率的相关研究工作。我们通过在有机薄膜太阳能电池的结构中引入亚波长尺度的光栅结构,增强了基于一种合作单位新合成的低带隙有机异质结材料的太阳能电池器件的光吸收率,同时由于光栅结构的表面起伏增大了器件的比表面积,或者说是填充系数,从而使电池的光电转化效率增加了约30%。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 光学微纳结构简介
• 1.1 光子晶体
• 1.2 金属结构的表面等离激元
• 1.3 光学微纳结构的研究进展
• 1.3.1 超构材料
• 1.3.2 隐身材料和变换光学
• 1.4 光学微纳结构研究中的问题探讨
• 参考文献
• 第二章 光学微纳结构的制备、表征与理论模拟方法
• 2.1 制备方法
• 2.1.1 自组装胶体小球
• 2.1.2 纳米压印
• 2.1.3 几种光学微纳结构的制备实例
• 2.2 实验表征手段
• 2.2.1 光谱测量系统
• 2.2.2 扫描近场光学显微镜
• 2.3 理论模拟方法
• 2.3.1 有限时域差分（FDTD）方法
• 2.3.2 严格耦合模式分析（RCWA）方法
• 参考文献
• 第三章 一种实时可调的表面等离激元结构的制备及应用研究
• 3.1 制备方法
• 3.2 实验表征手段
• 3.3 分析和讨论
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 一种增强光致发光的表面等离激元结构的制备及应用研究
• 4.1 制备方法
• 4.2 实验表征手段
• 4.3 分析和讨论
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 一种增强薄膜太阳能电池效率的光学微纳结构的制备及应用研究……
• 5.1 制备方法
• 5.2 实验表征手段
• 5.3 分析和讨论
• 5.4 小结
• 参考文献
• 结语
• 发表论文及专利
• 致谢