非对称光反射效应的机理研究与应用探索

对于本项目组前期发现的非对称光反射现象，通过实验研究和理论分析其微观机理，探索可能的应用。在实验上将利用可变角度透射/反射测量系统测试研究非对称光反射薄膜中所含有的金属二维纳米网络对光的散射和吸收等问题，同时探索这种几何非对称金属纳米二维网络是否会对光的偏振态进行调制；并通过调制金属二维纳米网络的结构参数，研究其与光子相互作用所产生的表面等离激元效应，从而进一步研究表面等离激元效应在非对称光反射现象中的作用。在理论上将利用FDTD模拟等手段，深入研究光与金属二维纳米网络之间的相互作用，与实验结果相互验证，以期建立金属二维纳米网络与光子相互作用的微观机理理论。最后，本项目将探索能与现有光学薄膜工艺结合的非对称金属二维纳米网络的制备方法，尝试与光子晶体相结合以获得正负轴向非对称的光子晶体。

在这三年的研究中，本课题组发现在不同折射率材料界面处的金属纳米结构大都具有非对称反射现象，并通过实验和FDTD模拟研究了该现象的机理，已基本建立了非对称光反射的微观机理：基于菲涅尔原理，当光从高/低折射率一侧入射至界面处时，其入射光与界面处产生的反射光叠加所获得的局域光场强并不相同，当光从较高折射率一侧入射至界面时，其界面处的局域光场强高于入射光的光场强；而当光从较低折射率一侧入射至界面时，其界面处的局域光场强则较入射光场强为低。如界面处存在金属纳米结构，则金属纳米结构中电子所受到的驱动电场强度为界面处的局域场场强。因此，金属纳米结构所产生的局域表面等离子体激元的与光的耦合强度也会随入射光的方向而变化，从而产生不同的吸收强度和散射强度，进而影响光的反射强度。. 进一步地，我们将该原理应用高出光效率的深紫外LED上，由于AlGaN材料具有较高的折射率，深紫外光产生于AlGaN多量子阱中，天然具有光从高折射率一侧入射至高/低折射率界面的结构。为了减小光在AlGaN/空气界面处的反射而使得光尽可能多地被抽取到空气一侧，我们使用了超薄铝膜和铝纳米点阵结构来诱导产生表面等离子体激元，从而提升了深紫外LED的光抽取效率。实验证明，相比于平面LED，蒸镀了超薄铝膜的LED可将光抽取效率提升至约2.36倍，而制备了铝纳米点阵结构的LED则可将光抽取效率提升至约6.14倍。. 截止目前为止，本项目已发表标注SCI论文6篇，EI论文2篇，中文论文2篇，申请专利3项，其中已获授权1项。