基于表面等離子體效應(yīng)的AlGaN-GaN量子阱中紅外探測器光耦合的仿真研究.pdf

1、AlGaN/GaN量子阱中紅外探測器是工作波長位于中紅外波段的第三代焦平面陣列的有力競爭者，特別是其可以與紫外探測器進(jìn)行單片集成，形成了該種紅外探測器特有的優(yōu)勢，因此，其在軍事領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。但是由于量子選擇定則的限制，AlGaN/GaN量子阱中紅外探測器沒法對垂直入射的TE模式的光進(jìn)行響應(yīng)?；诙S金屬光柵的表面等離子體效應(yīng)和衍射效應(yīng)，可以有效地將TE模式的光的振動方向進(jìn)行改變，從而解決AlGaN/GaN量子阱中紅外探測器的光耦合

2、問題。
　　本論文利用COMSOL Multiphysics這一多物理場耦合分析軟件，采用周期性邊界條件，對二維金屬光柵的穩(wěn)態(tài)近場透射光場進(jìn)行仿真分析，以此來研究基于表面等離子體效應(yīng)的AlGaN/GaN量子阱中紅外探測器的光耦合。
　　本論文主要論述了：
　　(1)表面等離子體效應(yīng)能把電磁波局限在金屬表面。利用表面等離子體效應(yīng)，二維金屬光柵能極大地改變TE模式的垂直入射光的傳播方向和振動方向，誘發(fā)出大量沿量子阱生長方向

3、的光電場分量。相比于制作在非金屬介質(zhì)材料上的刻蝕光柵而言，采用二維金屬光柵時，AlGaN/GaN量子阱中紅外探測器的光耦合強(qiáng)度提高了2個數(shù)量級。
　　(2)從增強(qiáng)AlGaN/GaN量子阱中紅外探測器光耦合的角度出發(fā)，應(yīng)該按如下所述設(shè)計二維金屬光柵：選擇金或銀作為金屬光柵的材料；金屬光柵薄膜厚度不宜太厚；根據(jù)器件工作波長確定光柵周期；選擇正四棱柱形作為金屬薄膜上的穿孔形狀；需要優(yōu)化穿孔的孔徑大小；穿孔宜以六角陣列的形式排列。