基于光学Tamm态的多频吸收器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于光学Tamm态的多频吸收器，层状结构顺序为：M1‑D1‑DBR1‑M2‑DBR2‑D2‑M3，其中M1层、M2层、M3层均为金属银层；所述DBR1层和DBR2层均由二氧化硅和二氧化钛交替生长生成；所述D1、D2层为二氧化钛层。本设计是利用多重光学Tamm态之间的耦合作用，实现了三频、四频吸收。通过设计DBR1和DBR2的周期数可以得到三频吸收或者四频吸收，设计D1、D2层厚度来改变吸收波长，改变入射光角度来灵活调节吸收波长。相比较与采用标准刻蚀法制作的吸收器,该吸收器仅用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)实现,具有结构简单、制备方便的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于光学Tamm态的多频吸收器
：本专利技术属于光子学和光电材料等领域领域，特别涉及一种基于光学Tamm态的多频吸收器。
技术介绍
：光吸收器是一种可以有效吸收光频电磁波的器件，它在太阳能、传感、滤波、成像、热辐射和热探测等方面具有潜在的应用前景。光吸收器按照吸收带宽的大小，可以分为窄带型和宽带型；按照吸收峰的数量，可以分为单频和多频。与单频吸收器相比较，多频吸收器可以同时在多个吸收峰上进行光谱比对,可以提高检测的准确率，在多谱成像系统的信息提取和安全检测方面更具优势。目前多频吸收器的工作主要集中于双频吸收器、三频吸收器和四频吸收器，主要是通过密集排布结构单元、堆栈不同尺寸的结构单元组成多层结构和将不同的谐振结构整合在同一结构单元实现多频吸收。已报道的多频吸收器都采用了标准刻蚀法制造，其成本和加工周期都十分可观。尤其刻蚀纳米量级尺寸的结构单元时，标准刻蚀法加工显得极为困难，难以满足可见光吸收器的设计要求。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种基于光学Tamm态的多频吸收器，从而克服上述现有技术中的缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于光学Tamm态的多频吸收器，层状结构顺序为：M1-D1-DBR1-M2-DBR2-D2-M3，其中M1层、M2层、M3层均为金属银层；所述DBR1层和DBR2层均由二氧化硅和二氧化钛交替生长生成；所述D1、D2层为二氧化钛层。光学Tamm态(OTS)是由固体物理中的Tamm态类比而来，由A.V.Kavokin等人于2005年首次提出。固体物理中的Tamm态指的是一种电子局域表面态，而OTS是一种界面模，即与OTS相应的增强场局域在两不同材料的分界面处。OTS广泛存在于一维光子晶体异质结和金属-分布式Bragg反射镜(DBR)结构中。OTS可由TE或TM偏振光直接激发，无需特定的入射角，即使是在垂直入射情形下也可以激发。在反射谱中，OTS与光子带隙范围内尖锐的反射dip相联系，具有较窄的半高谱宽。本设计是利用多重光学Tamm态之间的耦合作用，实现了三频、四频吸收。通过设计DBR1和DBR2的周期数可以得到三频吸收或者四频吸收，设计D1、D2层厚度来改变吸收波长，改变入射光角度来灵活调节吸收波长。相比较与采用标准刻蚀法制作的吸收器,该吸收器仅用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)实现,具有结构简单、制备方便的特点。优选地，上述技术方案中，DBR1和DBR2周期数分别为N1和N2，N1和N2范围为5至10。通过设计DBR1和DBR2的周期数可以得到三频吸收或者四频吸收。优选地，上述技术方案中，其中，DBR1和DBR2中二氧化硅和二氧化钛的厚度为di＝λ/4ni(i＝A,B)，ni为二氧化硅和二氧化钛的折射率，λ为两DBR的中心波长。优选地，上述技术方案中，所述金属层M1、M2和M3均为银层，厚度分别为dM1、dM2和dM3。金属薄膜太厚，入射光在传输到DBR结构之前，在金属中已经完全损耗，OTS不能被激发；金属薄膜太薄，吸收谱中的吸收峰可能并非OTS激发引起。为了得到与OTS对应的理想的吸收峰，因而我们取金属层的厚度为30至70nm之间。优选地，上述技术方案中，所述的D1、D2层，材料为二氧化钛，厚度分别为d1、d2。设计D1、D2层厚度来改变吸收波长，为保证改变的吸收波长在禁带范围之内，范围为65.5至200nm；改变入射光角度来灵活调节吸收波长，为保证足够的吸收率，入射光角度范围为0至60°，无需复杂的制作工艺。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：(1)该吸收器仅用金属有机物化学气相沉积法实现，MOCVD是一种利用金属有机化合物为原料的化学气相沉积工艺，适用范围比较广泛，在异质结构材料的生长中尤为常见。这种方法通常应用于大规模生产，可以快速调整材料的掺杂浓度等，具有结构简单、制备方便的特点。(2)可以通过改变入射角来调节吸收峰波长，易于调节。附图说明：图1为本专利技术装置结构示意图。图2为实例一对应的垂直入射情况下，DBR周期数N1＝N2＝10时的吸收谱。图3为实例二对应的垂直入射情况下，DBR周期数N1＝N2＝5时的吸收谱。图4为实例三对应的垂直入射情况下，DBR周期数N1＝5，N2＝10时的吸收谱。图5为实例四对应的垂直入射情况下，M1金属层厚度发生变化时的吸收谱。图6为实例五对应的DBR周期数N1＝N2＝5情况下，光入射角度发生变化时的吸收谱。图7为实例六对应的DBR周期数N1＝N2＝5情况下，改变与金属M3相邻的D2层厚度d2的吸收谱。具体实施方式：下面对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。本专利技术的基于光学Tamm态的多频吸收器，包括金属层M1、D1、DBR1、金属层M2、DBR2、D2和金属层M3。所述的DBR1和DBR2由两种半导体材料二氧化硅和二氧化钛交替生长生成，周期数分别为N1和N2。其中，二氧化硅和二氧化钛的厚度为di＝λ/4ni(i＝A,B)，ni为二氧化硅和二氧化钛的折射率，λ为两DBR的中心波长。所述金属层M1、M2和M3均为银层，厚度分别为dM1、dM2和dM3。所述的D1、D2层，材料为二氧化钛，厚度分别为d1、d2。此基于光学Tamm态的多频吸收器工作原理如下：在金属-DBR结构中，合理设计DBR的组成，在金属-DBR的交界面处满足等效阻抗匹配条件和等效相位匹配条件时，便会形成界面隧穿模，可以在禁带内激发出OTS。OTS对应波长的光局域在金属-DBR界面处，远离该分界面，强度逐渐衰减。本专利技术的结构为M1-D1-DBR1-M2-DBR2-D2-M3，光在M1-D1-DBR1交界面、DBR1-M2交界面、M2-DBR2交界面和DBR2-D2-M3交界面会发生四处OTS，分别记为OTS1、OTS2、OTS3和OTS4，它们彼此之间还会存在耦合作用。发生在M1-D1-DBR1交界面处的OTS1的本征波长与发生在DBR1-M2、M2-DBR2交界面处的OTS2、OTS3的本征波长相差太大，无法发生耦合，只能与发生在DBR2-D2-M3交界面处的OTS4发生耦合。当DBR1和DBR2的周期数较小时，耦合系数小，发生在M1-D1-DBR1、DBR2-D2-M3两处交界面处的OTS本征波长值相同，发生强耦合，导致OTS模式发生劈裂，本征波长由一个变为两个。当周期数较大时，耦合系数大，发生弱耦合，OTS模式不发生劈裂，本征波长值只有一个。同理，发生在DBR2-D2-M3交界面处的OTS4情况相同。发生在DBR1-M2交界面处的OTS2的本征波长与发生在M1-D1-DBR1、DBR2-D2-M3交界面处的OTS1、OTS4的本征波长相差太大，无法发生耦合，只能与发生在M2-DBR2交界面处的OTS3发生耦合。由于OTS2、OTS3同时在金属M2两侧激发OTS，OTS本征能量主要受与金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光学Tamm态的多频吸收器，层状结构顺序为：M1‑D1‑DBR1‑M2‑DBR2‑D2‑M3，其中M1层、M2层、M3层均为金属银层；所述DBR1层和DBR2层均由二氧化硅和二氧化钛交替生长生成；所述D1、D2层为二氧化钛层。

【技术特征摘要】
1.一种基于光学Tamm态的多频吸收器，层状结构顺序为：M1-D1-DBR1-M2-DBR2-D2-M3，其中M1层、M2层、M3层均为金属银层；所述DBR1层和DBR2层均由二氧化硅和二氧化钛交替生长生成；所述D1、D2层为二氧化钛层。2.根据权利要求1所述的基于光学Tamm态的多频吸收器，其特征在于：所述DBR1和DBR2周期数分别为N1和N2。3.根据权利要求2所述的基于光学Tamm态的多频吸收器，其特征在于：N1和N2范围为5至10。4.根据权利要求1或2所述的基于光学Tamm态的多频吸收器，其特征在于：其中，DBR1和DBR2中二氧化硅和二氧化钛的厚度为di...

【专利技术属性】
技术研发人员：李培丽，栾开智，
申请(专利权)人：南京邮电大学，南京邮电大学南通研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32