微纳二维强调制光栅泄露模谐振特性及应用研究

Micro/nano two-dimensional strong modulation grating (2DSMG) has great potential for optical communication systems, light-emitting diodes, solar cells and liquid crystal displays, for its scientific significance and value in use, and the study on the physical characteristics of leaky mode resonance of the grating has important theoretical guidance for analyzing, designing high-performance micro/nano two-dimensional grating devices. The project plans to theoretically analyze the physical characteristics of leaky mode resonance of the micro/nano 2DSMG, and design a micro/nano two-dimensional grating mirror with the performance of broad bandwidth and wide-angle.And experimental verification of theoretical investigation is accomplished. The project investigates the mechanism of leaky mode resonance of the micro/nano 2DSMG in both of frequency and time, and provides clear insights into the rule of the leaky modes relationship and effects. It also illustrates the relation of the key parameters of the 2DSMG with the leaky modes propagation constant and effect refractive index, which can explore the intrinsic law of the 2DSMG structure parameters with the diffractive and resonant characteristics. Based on these ideas, we will design a broad bandwidth and wide-angle 2DSMG mirror, fabricate the device by semiconductor micro/nano manufacture technology, and complete the key performance parameters measurements. The research of this project will provide new ideas and technical support for integrated and energy photoelectron, from the micro/nano resonance structure issue, and light propagation characteristics are expected to be demonstrated in these structures.

微纳二维强调制光栅在光通信、LED光源、太阳能电池以及液晶显示中等领域具有重要的科学意义和使用价值，而对其泄露模谐振物理特性的研究对于分析、设计高性能微纳二维光栅器件具有重要的理论指导作用。本项目围绕微纳二维强调制光栅泄露模谐振物理特性展开研究，建立宽带大角度光栅反射镜的优化设计方法，并辅以实验验证。从时域和频域两方面研究微纳二维强调制光栅泄露模谐振产生的物理机理及原因，揭示泄露模之间的相互作用和影响的内在规律；研究泄露模谐振与微纳光栅衍射特性的一一对应关系，探求关键结构参数变化对泄漏模及衍射特性影响的内在规律；在此基础上，建立宽带大角度光栅反射镜的优化设计方法，并利用微纳加工技术，对器件进行制备，同时对器件进行分析、测试。本项目的完成有助于进一步展示微纳谐振结构在集成光电子和能源光电子等方面的重要作用，揭示和探索光波在微纳结构器件中的传播特性。

微纳强调制谐振光栅在光通信、LED 光源、太阳能电池以及液晶显示等领域中具有重要的科学意义和巨大的使用价值，而对其谐振物理机理及衍射特性的分析，对于分析、设计和使用强调制谐振光栅器件具有重要的理论指导作用。本项目围绕微纳强调制光栅泄露模谐振物理机理及衍射特性展开研究工作，探索高性能微纳强调制谐振光栅器件的优化设计方法，基于上述微纳强调制光栅理论基础及相关器件模型，我们还分析了其相关应用前景。具体来说，项目就以下几个方面展开了研究工作：①首先我们研究了微纳一维强调制光栅谐振特性及物理机理，接着讨论了泄露模相互影响和作用的内在规律，并探索了谐振与衍射特性对应关系。在此基础上，我们还设计了光栅反射镜、宽度慢光光栅器件、双功能光栅偏振分束器等几种高性能的微纳一维强调制谐振光栅器件。②然后我们将上述一维光栅研究方法扩展到二维光栅，分析在两个维度上光栅谐振机理及衍射特性。据此原理，基于绝缘体上硅材料系统，我们设计了一种二维光栅结构的高性能偏振无关反射镜。在1.525-1.645μm宽谱范围内，此器件反射率大于99%。③最后，基于上述强调制光栅理论基础及相关器件模型，我们以太阳能电池为例，分析了其相关应用前景。我们设计了一种旨在提高硅太阳能薄膜电池光电转化效率的高性能微纳二维谐振光栅陷波器，利用此结构，硅太阳能薄膜电池可以实现对太阳光的宽带、大角度、全偏振的捕获与吸收，能使得硅有源层与太阳光之间的相互作用能力得到明显提升，从而能提高硅太阳能薄膜电池光电转化效率。本项目的完成有助于进一步展示微纳谐振光栅在集成光电子和能源光电子等方面的重要作用，揭示和探索光波在微纳结构器件中的传播特性。