增强短波红外InGaAs探测器透过率的纳米光天线研究

过去几十年中,短波红外InGaAs探测器被广泛用于近红外探测系统中,通过将InGaAs光电探测器与纳米光天线结合可以增强光吸收并提高量子效率。然而,这种纳米光天线往往由聚焦离子束或电子束光刻制备而成,制备成本较高。本文介绍了一种更经济的沉积法来制备纳米光天线。用沉积法制备了纳米Ag颗粒阵列,Ag球平均半径为200 nm。研究了Ag纳米球阵列的表面等离子体效应对InGaAs光电探测器光吸收性能的影响,发现在整个近红外波段,InGaAs光电探测器帽层的透过率均显著提高。并且发现SiO2涂层激发了局域表面等离子体共振,分析了其对波长1?m附近的入射光的透过率增强效应。

双蝶形金属纳米光天线的远场特性研究

为了提高对远场方向性调控的灵活性,提出双蝶形银纳米光天线,基于时域有限差分的方法研究了天线不同结构与尺寸的变化对远场方向性产生的影响。研究发现,由于局域表面等离激元的存在,偶极子源垂直放置于双蝶形银结构下表面一定距离时,远场方向图出现明显的旁瓣。天线长度的增加是方向图出现旁瓣的关键因素。天线臂之间夹缝的减小,使远场方向图中旁瓣增大,同时主瓣增益增大。天线厚度的增加使远场方向图出现旁瓣,主瓣增益先增大后减小。结果表明,双蝶形银纳米光天线能够改变与其相耦合的偶极子源的辐射方向性。

一种小型化高效率的介质光纳米天线

为了实现光相控阵的大规模扩展和无栅瓣扫描,提出了一种工作波长为1550nm的小型化高效率的介质光纳米天线。设计的天线呈喇叭形,由硅材料构成,尺寸为亚波长量级。光通过硅波导从天线底部馈入,之后再被天线有效地辐射到自由空间中。由于硅材料对波长为1550nm的光是透明的,因此材料吸收所造成的损耗非常小,天线具有很高的辐射效率。利用三维电磁场仿真软件对天线进行仿真、优化,最终得到在垂直于辐射方向的平面上投影尺寸为0.82μm×0.28μm的天线。仿真、优化的结果表明,天线在1550nm处的增益为6.1dB,辐射效率为82.7%,具有方向图对称性好、主瓣垂直辐射、无双向辐射等良好的辐射特性。

Numerical Study of Surface Plasmons Nano-Optical Antenna and Its Array

Nano-rod and bow-tie antennas that are gold nano-antennas on dielectric material and the nano-rod antenna arrays are numerically studied by the finite difference time domain method in three dimensions. The light field that project on the antennas can be confined to a spot with subwavelength width （-λ/11）,and the light intensity can be enhanced to 91 times the incident light in the near-field with the bow-tie antenna. The enhancement also exists in the antenna arrays. The highest enhancement of the light intensity at the bow-tie antenna gap can reach about 28000 times,and the localized field can be coupled to a nano-particle near the antenna gap.