利用亚波长金属-介质结构增强红外阵列的单位质量吸收
光学
2021-02-03 v1
摘要
通过引入两个设计特征，红外阵列的吸收与质量之比增强至先前报道结构的约 1.33 至 7.33 倍：第一，像素周围空气间隙中倏逝场的耦合以形成有效更大的像素尺寸；第二，亚波长金属-介质光栅中导模共振（GMR）的利用。双层 Ti-Si3N4 光栅通过薄 Ti 膜的自由载流子吸收与厚 Si3N4 膜的振动声子吸收的共同效应，实现了宽带长波红外（LWIR，8 至 12 um）吸收。在 GMR 存在下，即使填充因子较低的亚波长光栅单元，该宽带吸收也可被极大增强。此外，可修改单元的间距与设计以形成像素阵列结构，通过倏逝场耦合将落在空气间隙中的光耦合进来。计算采用时域有限差分（FDTD）技术完成。在优化后的阵列中观察到优异的宽带吸收，在 LWIR 波段实现最大 90% 的吸收，以及每像素 3.45×10^{13} kg^{-1} 的平均单位质量吸收（吸收/质量）。
引用
@article{arxiv.2009.06260,
title = {Enhanced absorption per unit mass for infrared arrays using subwavelength metal-dielectric structures},
author = {Avijit Das and Joseph J. Talghader},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.06260},
year = {2021}
}
备注
19 pages, 15 figures