全介质纳米结构实现LED偏振光辐射准直

为提高偏振出光发光二极管(LED)的光场耦合效率,以一维光子晶体和亚波长介质光栅为基础,设计一种集成式全介质纳米结构组合器件。采用有限差分时域(FDTD)方法建立实现偏振光束准直功能的全介质纳米结构模型。系统研究光子晶体和介质光栅的结构参数对偏振LED出射光场调控的影响,分析光子晶体厚度、光子晶体周期、介质光栅周期、介质光栅高度和介质光栅线宽等参数影响准直特性的物理机制。设计优化的纳米结构,自上而下分别为周期为550 nm、线宽为160 nm、深度为120 nm的TiO_(2)纳米光栅和两对Al_(2)O_(3)/SiO_(2)薄膜组成的光子晶体结构(每层厚度均为80 nm)。计算结果表明,所设计的全介质纳米结构可以将绿光波段偏振LED出光远场辐射角度控制在-6°~6°范围内,可以实现光辐射远场准直,同时出光效率大于77%。在垂直方向(远场辐射角度为0°)所设计的结构的远场辐射强度相较无结构LED辐射强度提高了6.6倍。