金属层对光子能带结构的影响机理研究

向周期性介电多层膜结构中加入金属组份层获得新型的金属/介电光子晶体。因为金属具有独特的光学性质，由它和介电层组成的结构可呈现出许多新的性能，其中金属/介电光子晶体对电磁波的增强吸收或光子带隙增宽等性质及其机理研究有待系统、深入地进行。本项目从组份层本身光学性质出发，利用传输矩阵方法，在拟合计算的基础上设计和优化金属/介电光子晶体的结构，研究其对电磁波的反射和吸收行为，总结和归纳不同空间结构对光子能带结构特征的影响规律，分别找出在金属/介电多层结构中实现增宽的光子带隙和增强吸收的条件，分析金属层对光子能带结构的影响机理。利用溅射沉积方法，分别制备具有增强吸收和带隙增宽的金属/介电光子晶体样品，结合光学性能测试与分析，优化光子晶体样品的制备工艺。宽带隙金属/介电光子晶体可应用于高性能反射天线等装置，而增强吸收的光子晶体多层膜则在太阳能接收器件、隐身等装置方面具有潜在的应用价值。

利用射频磁控溅射方法制备了多种氧化物介电薄膜材料，对其结构和光学性能进行了表征，获得了主要的光学参数。基于多层膜的传输矩阵，设计了含有金属层Al或Ag的金属/介电一维光子晶体（多层膜），通过理论计算和优化，得到了具有带隙增宽和增强吸收性能的光子晶体结构。通过多层膜中电磁波的场强分布分析了增强吸收性能的内在机制。试图用实验来验证所设计的结构具有的特殊光学性能。