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[红外发射管]红外发射管的反射和接收特性讲解

日期:2022-12-02

这一显着特征在无源和有源光学器件中都有应用潜力。在无源光学器件中,用周期性亚波长孔阵列图案化的金属薄膜可以表现出非凡的光学传输 ,可用于光刻和近场显微镜 [ 2–4 ]。在有源光学器件中,表面等离子体激元 (SPP) 在光-物质相互作用中起着至关重要的作用,被提议用于修改附近有源发射层的发射特性 [ 5 ] 并导致更高效的发光器件 [ 6 ]]. 此外,夹在穿孔金属膜和平坦金属膜之间的介电腔通过消逝场具有很强的耦合效应 。耦合相互作用在很大程度上取决于金属膜的厚度 。


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红外发射管一、反射光谱

显示了测量和模拟的角度相关反射光谱。较深的阴影表示较低的反射率。由于 FTIR 系统的限制,我们只能测量入射角为 12° 至 65° 的非偏振光的反射光谱。通过严格耦合波分析 (RCWA) 方法 [ 20 ]模拟了TM偏振光谱。用于给出最佳拟合的等离子体多层结构的模拟参数是: Λ = 3000nm, fΛ = 1900nm, t g = 100nm 和t w=25纳米。对于垂直入射,在 0.17eV、0.38eV 和 0.41eV 处出现三个共振下降。随着入射角的增加,0.41eV 处的共振下降分成两个下降。同时,0.17eV 和 0.38eV 处的谐振下降与入射角无关。模拟的模式与实验吻合得很好。


红外发射管二、指数衰减

当结构是无限厚度的SiO 2衬底上的Ag光栅时,SPP的场强远离SA界面呈指数衰减,如图1中的虚线所示。另一方面,当 SiO 2衬底的下部被平坦的 Ag 层代替,在 Ag 光栅和 Ag 衬底之间留下 SiO 2平板时,SPP 模式位于 SiO 2平板的顶部和底部成为耦合。此时,夹在SiO 2层的场分布可以看作是两个SA界面的两个指数衰减SPP的线性组合。因此,可以在 Ag/SiO 2内形成新的 SPP 模式/Ag (ASA) 接口。除了光栅耦合模式外,还有一些额外的共振反射下降,如图 2 所示。这些共振下降显示出非常小的角色散。


红外发射管三、热辐射

最后,通过在压力为 3 mTorr 的腔室中用直流电流加热样品来测量等离子体多层结构的热辐射。装置面积为1×1cm 2。该结构是夹在一维浮雕金属光栅和平坦金属薄膜之间的SiO 2腔体。热辐射由 NA 为 0.1 的 45° 离轴凹面镜收集,然后反射到 FTIR 系统中。图4中的实线分别是加热到 220°C(红线)和 260°C(黑线)的 IR 发射器的测得热发射光谱。光谱显示在 7.2μm 处有一个尖锐的发射峰,这与典型的黑体发射光谱有很大不同。然而,可以通过研究与角度相关的反射光谱来预测发射光谱。对于λ>>Λ的情况,器件的吸收率为(1-反射率)。根据基尔霍夫定律 [ 21 ],发射率等于吸收率。因此,等离子体结构的发射光谱可以通过将固有的热辐射分布和角度相关的吸收率相乘来预测。


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红外发射管四、热辐射光谱

这里,R (λ,θ)如图2(b)所示。图4虚线所示分别是被加热到 220°C(红线)和 260°C(黑线)的 IR 发射器的模拟热辐射光谱。模拟结果显示与测量值相当一致。然而,测量的辐射光谱的边带高于模拟的边带。该边带可能来自加热板。此外,所涉及材料的介电功能也可能在高温下发生变化,这将导致理论与实验之间存在差异。与图 2(b)相比,发射峰与与上述 LSPP 模式相对应的与角度无关的反射倾角重合。值得一提的是,SiO 2内部的热发射光对于无光栅的情况,腔体会受到全内反射 (TIR) 的影响。然而,对于我们提出的结构,发射的光被耦合到 LSPP 模式,然后重新辐射到自由空间。此时,排放效率不受 TIR 的限制。这意味着角度独立的局部 SPP 模式可以导致增强的发射峰。


红外发射管五、光提取结构

总之,红外发射器的反射和发射特性是一种由浮雕金属光栅、波导层和金属基板组成的等离子体多层结构,在实验和理论上都进行了研究。确定了共振光栅耦合和局部 SPP 模式。观察到在几乎整个入射角范围内与角度无关的 LSPP 模式。详细研究了反射和发射特性的关系。发射峰与 RCWA 方法模拟的与角度无关的反射倾角一致。结构的热辐射光谱可以通过研究反射特性来预测。我们证明该方法可用于设计有效的 LED 光提取结构。


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