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在增强型光透射与光捕获领域取得进展

何赛灵教授研究团队在增强型光透射与光捕获领域取得进展

 

    光电系何赛灵教授领导的科研小组在基于纳米天线和特异介质的增强透射以及光捕获方面取得了一系列进展,提出了多种方法来提高光的透射和捕获效果,综述论文(review article)“Optical Nanoantennas and Metamaterilas” (by Sailing He, Yanxia Cui, Yuqian Ye, Pu Zhang, and Yi Jin)于近日发表在国际著名期刊《Materials Today》上(Vol. 12, No. 12, Page 16-24, 2009),该期刊的影响因子为12.929。

    经典的衍射理论认为,当位于不透明平板上的小孔的直径远小于入射光波长时,光几乎无法透过。但是,基于表面等离子体效应的金属亚波长孔径却可以具有突破传统衍射极限的透过率,此谓增强型透射。增强型透射可以应用于纳米光刻、纳米探测器、生物传感、非线性效应等各种新型纳米技术领域。为了进一步提高透射效果,人们通常在入射面上引入周期性凹槽阵列结构,但是何教授小组却提出了一种崭新的机制。他们将微波中的谐振腔天线概念引入,设计了一种新型的的光学谐振腔天线来有效地把入射光转化为局限在水平腔范围内的近场能量,借此来增强位于该谐振腔下方的纳米孔径的透射效果。单个光学天线腔的增强效果仍然有限,所以他们又提出使用光学天线腔阵列来进一步增强纳米孔径的透射率。另外,表面等离子体效应具有偏振敏感特性,上述诸多方法只对TM模式(磁场垂直于入射面)具有增强效果,为了消除这一效应,他们设计了特殊的偶极子天线阵列,利用其在金属孔径周围产生的强振荡来提高TE偏振光(电场垂直于入射面)的透射率。同时,他们还将光学谐振腔天线的概念应用到光子晶体领域,设计了慢波光子晶体波导,用于大大提高宽光束与传统光子晶体波导的耦合效率。此外,他们还基于变换光学设计了一种特殊的超材料隐身壳层,该器件可以有效的捕获入射光。研究表明,如果光入射到椭圆形的壳层上,大量的光可以被壳层的两个远端捕获。增强光透射可以用在近场光学领域,而增强光捕获则可以用来提高太阳能电池的效率。在有机太阳能电池的应用当中,提高有机薄膜的光吸收效率对于将太阳光转化成电能至关重要。使用光学天线或超材料可以将更多的传播光捕获到近场,可以增强太阳能电池有源层的吸收效果。从吸收效率和谱响应两个方面,优化光学天线和特异介质的设计,可为未来提高太阳能电池效率提供一个新途径。