利用金屬介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)增強(qiáng)發(fā)光數(shù)值模擬研究

■■●1．3．1有限元法???????????????????????●1．3．1有限元法???????????????????????一1．3．2光束傳播法??????????????????????一1．3．3時(shí)域有限差分算法2．1．1麥克斯韋旋度方程2．1．2麥克斯韋旋度方程的差分形式2．2．1時(shí)諧源和脈沖源2．4數(shù)值穩(wěn)定性和數(shù)值色散分析2．5．1介質(zhì)色散的經(jīng)典理論2．7本章小結(jié) 制LED。發(fā)光的物理過(guò)程2．5．1介質(zhì)色散的經(jīng)典理論2．7本章小結(jié) 制LED。發(fā)光的物理過(guò)程3．3．1發(fā)光效率的定義????????????????????。LED的內(nèi)量子效率●LED的數(shù)值仿真●4．1表面等離子體和表面等離激元14．3．2TM波入射到金屬．介質(zhì)結(jié)構(gòu)4．4金屬．介質(zhì)數(shù)值仿真中的色散模型●4．5．44．3．2TM波入射到金屬．介質(zhì)結(jié)構(gòu)4．4金屬．介質(zhì)數(shù)值仿真中的色散模型●4．5．4雙金屬納米橢球殼的增強(qiáng)效應(yīng)4．6本章小結(jié)5．3仿真結(jié)果5．3．5N型GaN厚度J對(duì)LED發(fā)光輻射的影響5．4本章小結(jié)??????????????????????????一●of1PropertiesofMetal-DielectricNano■1．31．3．1FiniteElement1．3．2FiniteDifferenceTuneof1PropertiesofMetal-DielectricNano■1．31．3．1FiniteElement1．3．2FiniteDifferenceTuneDomain1．4NumericalSimulationofMetal．DielectricSnllctIlre?????????。ofthe2NumericalSimulationMethodofMetal-DielectricNanoS仰 FDTDMthodc2．1．1Curl2．1．2DifferenceStyleofMaxwell’S2．2SettingofExcitationSource????????????????????????．．12．2．ISinusoidalandPulseSource?????????????????????12．2．2PlanewavePoint-62．37of2．3．2Perfect8andNumerical FDTDMethodforIsotropicNonmagneticDispersionof2．5．2FDTDMethodforDispersion2．6Diode???????????????????????????．33 Lightof2．5．2FDTDMethodforDispersion2．6Diode???????????????????????????．33 Light3．1DevelopmentHistory3．2LuminescentMechanism●MechanismLED????????????????????一3．3．3QuantumEfficiency????????????????????一3.4ApproachtoEnhanceLEDLightEmissionEnhancementofExtractionEfficiency???????????????一EnhancementQuantum3．5NumericalSimulationofLED???????????????????????一3．5．1NumericalAnalysis3．5．2LED3．5．3NumericalofMetal—DielectricNanoChapter4Researchon4．1SurfacePlasmonsandSurfacePlasmon●4．2DispersionPropertiesandLorentzModel??????????????????????．??．????．54．3ElectromagneticPropertyofSPPs?????????????????????一4．3．1TEWave WaveIncidentonMetal—DielectricMetal—DielectricDispersionModelinnumericalDrudcDrudcMode4.4.2ModifiedDrudeModelinFDl]DLightEmissionEnhancementbYNanoMetalNano-in Method???????????????。4．5．2NearFieldEnhancementbyMetalDrudcDrudcMode4.4.2ModifiedDrudeModelinFDl]DLightEmissionEnhancementbYNanoMetalNano-in Method???????????????。4．5．2NearFieldEnhancementbyMetalNano-byMetalNano-4．5．4EmissionEnhancementbyDoubleNano●4．65ResearchOilEnhancementofBlueMetal．．Dielectric 5．1SurfacePlasmonPolaritonsofMetalElectromagneticPropertyFihnSPPs???????????。ofMetalFilmSPPs??????????????。Dispersion5.2FDTDSimulationforMetalFihnofSimulationModeling????????????????????????。5．2．3SettingofSimulationEnvironmentand5．2．4ResultProcessing5．3SimulationInfluenceofMetalFilmonLightEmissionofLED????????。oftwoSimulationEmissionofInfluenceofdInfluenceoftonLightEmissionInfluenceofsonLightEmissionof5．3．6of6ConclusionandContributions???????????????????????一 Appendix：TwoPublishedPapersinEnglish．??．???．?．?．??．??．．??．．?．??．．1●●二極管的效率提供理論指導(dǎo)光二極管的計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真率的途徑和相關(guān)的理論依據(jù)●二極管的效率提供理論指導(dǎo)光二極管的計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真率的途徑和相關(guān)的理論依據(jù)● Ⅱ．根據(jù)發(fā)光二極管的發(fā)光原理和特性分析了各種提高發(fā)光效率的途徑，針● Ⅱ．根據(jù)發(fā)光二極管的發(fā)光原理和特性分析了各種提高發(fā)光效率的途徑，針對(duì)提高內(nèi)量子效率，通過(guò)對(duì)Pel效應(yīng)和金屬表面等離激元電磁場(chǎng)特性率建立了理論依據(jù)II分證實(shí)了金屬納米顆粒的表面等離激元不僅可以通過(guò)域場(chǎng)應(yīng)用Pel效Ⅳ．在無(wú)限厚度金屬表面等離激元色散特性的基礎(chǔ)上，對(duì)有限厚度金屬薄膜Ⅱ本論文選題來(lái)源于國(guó)本論文選題來(lái)源于國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目：金屬價(jià)質(zhì)納米異質(zhì)論依據(jù)和創(chuàng)新的可能■極管，內(nèi)量子效率Nanoslmctureshave witllelectromagneticoptoelectroniconmetal—dielectricinterfaceinsemiconductorlikephysicalproperties，inrelatedcoupling●effect meRu5physicalandforpotentialapplications．ThisnotintomodulateandincreaseaNanoslmctureshave witllelectromagneticoptoelectroniconmetal—dielectricinterfaceinsemiconductorlikephysicalproperties，inrelatedcoupling●effect meRu5physicalandforpotentialapplications．Thisnotintomodulateandincreaseaenergyonmetal-dielectrics缸u(yù)ctIlI-esphysicalinvestigatessuchtransmissionandconversionwithinmetal—simulationandbyaunderstandingonmetal—dielectricmOpropagation，localizationandcontributestoofthroughlocalcouplingEspecially,thisdissertationopensnewpathstofabricatehighstudieshowtoincreasethelightemissionofLED謝mthisconversion,nearfieldlocalization，farfield electic—extraordinarylawSPPsadjustedAroundtheabovelighttopics，forthecomputersimulationandstudiesontherelatedcharacteristicsonmetal．dielectricstructuresGaNsimulationofmetal-dielectricnanostructuresusingFDTDmethodandmetaldispersion2)ExplorationofapproachestoincreasetheefficiencyofLEDsbymechanismelectro-opticalconversionprocessesinthelightfromcharacteristicsof■tIlickmetal—dielectricnanostructuresinsidecomputersimulationandstudiesontherelatedcharacteristicsonmetal．dielectricstructuresGaNsimulationofmetal-dielectricnanostructuresusingFDTDmethodandmetaldispersion2)ExplorationofapproachestoincreasetheefficiencyofLEDsbymechanismelectro-opticalconversionprocessesinthelightfromcharacteristicsof■tIlickmetal—dielectricnanostructuresinsideoftheenhancementofdipolemetal— theeffectsmetalnanoparticles，andthevalidityofthenumericalmethodsinthestudyofdipolesilverfillinGaNbasedLEDtoofphysicalsu婦localcouplingeffectonmetallicthinfillofenhancementfactoronmaterialandstructuralandtheofaftercombinationofaswellasbasedonthefactofbettereffectwithsilverthinfilminGaNLEDsthanwithmetallicTheofthisdissertationisthestructurestometal—lenhancementclosecombination謝 energyandmetal-dielectricdevelopments，bystructureseffectinLEDsthemechanismfieldlaw increasetheinternalquantumguidelinesforexperimentsandLEDs，andservesasVtotheaboveintonarlOs咖cturesinI．The3DFDTDsimulationofwithmodifledmodel．AnumericalsimulationbasedLEDscontainingmetalnanothinfilm，andthevalidityofthemethodistoandcharacteristics toordertolightingtotheaboveintonarlOs咖cturesinI．The3DFDTDsimulationofwithmodifledmodel．AnumericalsimulationbasedLEDscontainingmetalnanothinfilm，andthevalidityofthemethodistoandcharacteristics toordertolightingefficiencyare■quantumeffectandthecharacteristicsoffieldofmetaltheoreticalisestablishedtheofmetal dipolelightIII．Withemissionofisatosimulationbetweentheenhancementfactorandtheandmetalnanoparticlesisconcluded．ItiswellestablishedthatthelocalizedonmetalCanenhancetheemissionofelectricdipolebyPurcell’SIV．Basedonrelationoffrom thickfilmssandwicheddifferentdielectricsofthe韶andmodified．MetallicfilmisintroducedintoCaNandthetheoreticalderivationofcharacteristicsofemissiononresults．11地 ofmetallicfilmandLEDismaterialandAfteroptimization,17foldenhancementoflightemissionisobtainedinTheworkinthisdissertationbyNationalChina．ThroughnumericalsimulationresearchonlocalcouplingeffectinLEDsworkmetal- theinteractionsbetweenvisiblelightandmetals．ItalsounderstandingⅥLEDswith high emissionofLEDswithLEDswith high emissionofLEDswithmetal．dielectricnanoMetal—SurfacePlasmonDifferenceThree．Dimensionalkl_『——出M％總％乙zf|s‘島●％％盯電導(dǎo)_『——出M％總％乙zf|s‘島●％％盯電導(dǎo)％r7％％氣s●，dr7％％氣s●，d●●■我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保證光源代替能源利■我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保證光源代替能源利用效率低下的傳統(tǒng)光源成為了光電子領(lǐng)域中研究人員奮斗標(biāo)替?zhèn)鹘y(tǒng)光源照明可以節(jié)省大量能源并改善人類生活，更是極具研究?jī)r(jià)值【4，5】．介質(zhì)結(jié)構(gòu)等【11．14】。利用表面粗化和光子晶體技術(shù)提高LED的發(fā)光效率經(jīng)過(guò)●●探測(cè)、傳感、波導(dǎo)等領(lǐng)域8．22]殊性質(zhì)，如空間局．介質(zhì)結(jié)構(gòu)等【11．14】。利用表面粗化和光子晶體技術(shù)提高LED的發(fā)光效率經(jīng)過(guò)●●探測(cè)、傳感、波導(dǎo)等領(lǐng)域8．22]殊性質(zhì)，如空間局域性[23】、表面拉曼增強(qiáng)[24】、異常光傳輸[25】等現(xiàn)象，使其2■PropagationMethod，BP№【28]，有效折射率法Method，EIM)【■PropagationMethod，BP№【28]，有效折射率法Method，EIM)【(Finite- (Finite．DifferenceTime．Domain，F(xiàn)DTD)[33，34]。以及近年出現(xiàn)的新算法，如Matrix，TLM)和離散偶極子近似[36】計(jì)等領(lǐng)域的數(shù)值仿真計(jì)算中●光束傳播法(BeamPropagationMethod，BPM)計(jì)等領(lǐng)域的數(shù)值仿真計(jì)算中●光束傳播法(BeamPropagationMethod，BPM)Fourier'(Wide- 41TuneDomain，F(xiàn)DTD)[45，46]。1975年1981G◆多的數(shù)值模擬方法之一1TuneDomain，F(xiàn)DTD)[45，46]。1975年1981G◆多的數(shù)值模擬方法之一解出空間電磁場(chǎng)隨時(shí)間變化的分布情況[481個(gè)物理過(guò)程，便于理解和分析5●隨著金屬光學(xué)和納米制作工藝的飛速發(fā)展，金屬一介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)在生物醫(yī)學(xué)●●●隨著金屬光學(xué)和納米制作工藝的飛速發(fā)展，金屬一介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)在生物醫(yī)學(xué)●●型、Lorentz模型、Drude模型和Lorentz-Drude模型【54，556向●向●法進(jìn)行了簡(jiǎn)要論述78簟非均勻介質(zhì)物體的電磁場(chǎng)傳播、散射和輻射等問(wèn)題156，57]Vx矗：簟非均勻介質(zhì)物體的電磁場(chǎng)傳播、散射和輻射等問(wèn)題156，57]Vx矗：翌+辦(2-1-西對(duì)于各向同性線性介質(zhì)和導(dǎo)電介質(zhì)有(2—1—將公式(2—1-2)代入公式(2．1．1)中，在直角坐標(biāo)系中展開可以得到麥克斯韋方程9堡：三f堡一堡=(2—1—迥堡●一堡=(2—1-暉皿一●一堡：三f孕一冬一仃堡：三f堡一堡=(2—1—迥堡●一堡=(2—1-暉皿一●一堡：三f孕一冬一仃巨鈀魯=吾(警一警一仃B)(2-1-魯=文警一百aHx噸街 J2．1．2麥克●對(duì)麥克斯韋方程組(2．1．3)式進(jìn)行離散，對(duì)電場(chǎng)雷和磁場(chǎng)雷的分量在空間上●圖2．1Yee氏元芋 O一．J一1—2七一l一2)一L^一霹(f’，+l，七+芋 O一．J一1—2七一l一2)一L^一霹(f’，+l，七+互1)一霹(f，彰弓o+互1_七+爭(zhēng)=夠11--；(“j1_七+爭(zhēng)+等燮．√一～0O一“]l+七×寺蓄≥，一卜+笪∥∞一1—2一t．一一●一2●一．y．r一H垤一IE+10+砂1護(hù)篡霹(f+弘1卅西2A石竺蘭!二圭：蘭二三：!!三E+10+砂1護(hù)篡霹(f+弘1卅西2A石竺蘭!二圭：蘭二三：!!三竺蘭!：三：蘭二圭：!!一。2．。礦(“+秒1=糍粥，+秒1+互面壘墜迕蘭!二壁竺墨㈨E+1Ⅲm爭(zhēng)籌礎(chǔ)_七+尹1+互忑●·(2．1-4)式中△x、每和△z為空間步長(zhǎng)，△f為時(shí)間步長(zhǎng)。盯、g為計(jì)算結(jié)點(diǎn)處的●個(gè)周期才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)地，=exp(嘩l●個(gè)周期才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)地，=exp(嘩l壹量拿愛(ài)I∞曙善墨vOOf圖2．2(a)時(shí)域波形，(b)頻域波形嘲I∽=三唧卜^一竿●∞4∞4嘲I∽=三唧卜^一竿●∞4∞4制高斯脈沖的中心頻率；第二項(xiàng)為高斯函數(shù)形式。對(duì)(2．2—4)式作傅里葉變換可名三愛(ài)名暑甚愛(ài)●圖2．3(a)時(shí)域波形，(b)頻域波形解決電磁波傳播問(wèn)題的基礎(chǔ)區(qū)域劃分為總場(chǎng)‰?yún)^(qū)域和散射場(chǎng)‰?yún)^(qū)域，如圖2．4所示解決電磁波傳播問(wèn)題的基礎(chǔ)區(qū)域劃分為總場(chǎng)‰?yún)^(qū)域和散射場(chǎng)‰?yún)^(qū)域，如圖2．4所示■吸圖2．4場(chǎng)和散射場(chǎng)疊加：瓦=％+乙，散射場(chǎng)區(qū)域內(nèi)只有散射場(chǎng)無(wú)入射場(chǎng)。散射場(chǎng)J=上：Ez(i=t，?，‘；J=工∥㈣p2o·9七+一礦zo，J，D：掣z(LJ，七)+熹霹眥(矗pq=U=iLJ=?I／M+l(“問(wèn)一老H剛山樂(lè)大字博士字1彤川：(f，，，七)：彤+一，：o，j『，山樂(lè)大字博士字1彤川：(f，，，七)：彤+一，：o，j『，七)一蘭霹婦(五)(2-2-∥G胸=髟+l(Ⅲ)一老曜(力(2-2-i=L一1／2：qO=t—l／2；j=j_，?，五；七=t+1／2，?，k+-·H；+l／2(講)=礦Ⅲ)一面At‰(H；+I／2姒櫨∥飛川+去％∽(2-2-1P=ql。用電流表示，=由／出，其中留=P伊，所以，=j(oq。則●刀自由空間中電偶極子的輻射場(chǎng)為雨糾?鈄M卅2cosO+弓陪(冊(cè)證p卜耵糾=一簪"等料]2cosg+Ea卜孚爿H㈣配功=譬吲己烈珊一毛融c荊2]sm01淵V研啦一參阿彬(2-2-配功=譬吲己烈珊一毛融c荊2]sm01淵V研啦一參阿彬(2-2-叫■脅咖c∽唧f_蘭掣(等+等+曇一吉等]廠L=∞(2-波成分為零需要在截?cái)噙吔缣幵O(shè)置做弦專：l瓦a，以(等+等+曇一吉等]廠L=∞(2-波成分為零需要在截?cái)噙吔缣幵O(shè)置做弦專：l瓦a，以一：l萬(wàn)O，成j：l瓦O的算子替換，可將上式從頻域過(guò)渡到}睜兒=(2—3-]●砂譬+巳占(2-3-y魂警+‰‰=弓塢警+吒疋=七警(2-3-等+吒&：丟(2—警+‰‰=弓塢警+吒疋=七警(2-3-等+吒&：丟(2—■等+吒＆：丟警+％％：{鳥(2-3l 介質(zhì)損耗參數(shù)仃可采用如下形式口3或4。若盯=吒=0則上式退化為(2一l-3)式的通常麥克斯韋方程昆砂敘0o&_缸o(hù)0卻00盟s聲3或4。若盯=吒=0則上式退化為(2一l-3)式的通常麥克斯韋方程昆砂敘0o&_缸o(hù)0卻00盟s聲昆0O砂瑟?dú)獢?0=一1鋤西00上式中占，∥為計(jì)算空間的介質(zhì)參數(shù)；邑，S，已為UPML層的各向異性介質(zhì)的參數(shù)皿=占毒巨將頻域算子轉(zhuǎn)換為時(shí)域算子可得缸o(hù)敘砂彪勿=一曇[}享耋][差]一去[}享耋][差 Q一3-·彪蘇aEP娩蘇勿吒出：(力=q，∥聲)彪勿=一曇[}享耋][差]一去[}享耋][差 Q一3-·彪蘇aEP娩蘇勿吒出：(力=q，∥聲)一?！?忑蒜分格式，進(jìn)一步降低計(jì)算復(fù)雜度生滯后反射，為避免這種反射，可修正上式稱為復(fù)頻域變換frequency-shifted，CFS)參數(shù)，通過(guò)加入吒減少頻段的滯后反射。利用遞歸卷積(recursive．convolution)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)將CFS參結(jié)合到UPML中，稱為CPML(convolutionPML，CPML)。CPML的FDTD一2．4△f≤]彳—彳1K、／麗+研+一2．4△f≤]彳—彳1K、／麗+研+其中vc為光在介質(zhì)中的速度，如采用缸=Ay=az=Ad均勻方網(wǎng)格，需滿足●△f≤—Aid(2-4．2)屹盡可能減少數(shù)值色散對(duì)精度的影響[56，571。時(shí)空間步長(zhǎng)應(yīng)滿足算精度，離散步長(zhǎng)應(yīng)盡可能的小2．5．1介質(zhì)色散的經(jīng)典理■算精度，離散步長(zhǎng)應(yīng)盡可能的小2．5．1介質(zhì)色散的經(jīng)典理■用可以視為電子的強(qiáng)迫振動(dòng)[61．641，如圖2．5所示川t衛(wèi)，2圖2．5彈性系數(shù)，g是阻尼系數(shù)，E是入射光場(chǎng)為時(shí)諧場(chǎng)。令廠=g／朋+彈性系數(shù)，g是阻尼系數(shù)，E是入射光場(chǎng)為時(shí)諧場(chǎng)。令廠=g／朋+面一臌：一eE=(2-5-解E式得●1Pi(《一國(guó)2)一f(2—5-(2-5—●糾岈¨壺小等率的增加而下降的過(guò)程為反常色散色率的增加而下降的過(guò)程為反常色散色散介質(zhì)的‘(仞)通過(guò)逆傅里葉變換，遞歸卷積方法，移位算子等西(，)=毛豆(f)+島f豆(f—f)zp)dr(2-6—D(f)≈D(刀at)=zoE”+SofluE(nAt—r)z(f)dr(2-6—西(，)=毛豆(f)+島f豆(f—f)zp)dr(2-6—D(f)≈D(刀at)=zoE”+SofluE(nAt—r)z(f)dr(2-6—ez)atz(f)出∥(，)=島F+‰丕n-(2-第時(shí)1步的場(chǎng)值為色散介質(zhì)中的電磁波滿足式(2-1-1)的麥克斯韋旋度方程，取空間步缸、緲、時(shí)間步取△f，在時(shí)間和空間離散后得型盟坐盟型墮坐t--—．-．．．．．．．．．．．．．．．．止+嬰些!』±!!蘭：墨±!絲二絲：3墨』±!!圣墨二!噦+’o，j+l／2，七)一qo，j+l／2，壚氣[g”(i,j+l／2，k)-“m+2At令』：I)th／烈．f，f，J，k)dr=z“(f，J，七)則上式可簡(jiǎn)化為-，f，j,k)dr—一一～胞i,j，k)dfq+’(f，j+l／2，七)一彤(f，j+l／2，七)=b+島‰(j，_，，七)]髟卅(f，j+l／2，七(2—6—E(f，歹+l／2，k)[AZ”o，_，，七其中心”(f，J，七)=Z”O(jiān)，J，七)一Z冊(cè)+1(f，J，七)。將(2—6—8)式代入q+’(f，j+l／2，七)一彤(f，j+l／2，七)=b+島‰(j，_，，七)]髟卅(f，j+l／2，七(2—6—E(f，歹+l／2，k)[AZ”o，_，，七其中心”(f，J，七)=Z”O(jiān)，J，七)一Z冊(cè)+1(f，J，七)。將(2—6—8)式代入至lJ(2—6—6)式可得到(2-6-+赤三n-I礦(‘j『+l／2,k齜l島(2—6—月≯“2(i+1／2，j+l／2，七)=月，“2(i+1／2,j+l／2z(國(guó))2南(2-6-其中絲：％，有I名(f)=一聲exp[(川+朋(2—6-名”(f)2否-一上式具有指數(shù)遞歸特性名”=exp[(-tt+jfl)At]啟(2—6—所以可以寫出遞歸卷積項(xiàng)礦的迭代方程名”(f)2否-一上式具有指數(shù)遞歸特性名”=exp[(-tt+jfl)At]啟(2—6—所以可以寫出遞歸卷積項(xiàng)礦的迭代方程為礦”=戰(zhàn)。E“+cxp[(-a+jp)At]痧(2—6一稗●E=巳kcos(a)t+九)+巳‰cos(o)t+紅)+巳％cos(cot(2-7—上式中&，J力。、qx,y,z)m畋塒。班畋Ⅵ，：妒分別為電場(chǎng)和磁場(chǎng)場(chǎng)分量的幅值和相蕓盎蘇捌==一?丁引一k日二cos(研+‰)cos(研+y妥Ey=E∥懈諍，Ez=E∥嘩吐蕓盎蘇捌==一?丁引一k日二cos(研+‰)cos(研+y妥Ey=E∥懈諍，Ez=E∥嘩吐，HP=H∥憚竭k=寺Re(Bz一置其中彰和Z分別是q和皿的共軛值。同樣的方法可以寫出(2—7-■％=寺Re(疋t—‰=寺Re(巨E一髟所以平均功率流密度可以寫為(2-7--蠢=瓦‰+弓‰+乏％=IRe[雷×廳‘](2-7—解i=iD平面輻射功率時(shí)采用了對(duì)f=乇-1／2平面和扣毛+1／2平面取的辦法。x，Y，Z方向的截面輻射功率可以通過(guò)(2—5-25)式求得筮一塑差盥惹：R^毛矗二2 ● 七一．^＼-：Re圭^毛矗二2 ● 七一．^＼-：Re圭1q¨乙七¨ ¨P；=Ils血(2—7-^j=‘戶●和內(nèi)存的壓力加速仿真過(guò)程●t洛謝夫(OlegVladimirovichLosev)f1]lJ作出了第一塊t洛謝夫(OlegVladimirovichLosev)f1]lJ作出了第一塊LED。這個(gè)成果曾經(jīng)在俄國(guó)和加里·皮特曼(GaryPittman)率先生產(chǎn)出了用于商業(yè)用途的紅外LED當(dāng)中。1962年，美國(guó)通用電氣公u--](GE)研究人員尼克·何倫亞克(NickHolonyak學(xué)生喬治·克勞福德Craford)發(fā)明了第一顆橙黃光LED，其亮度是先之父"，獲得●工(NichiaCorporation)的中村修--(ShujiNakamura)終于發(fā)明了之父"，獲得●工(NichiaCorporation)的中村修--(ShujiNakamura)終于發(fā)明了合，電子會(huì)從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，同時(shí)以光子的模式釋放出能量【683．2．1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知：．墅!三：：三：：三!!=至至：．：羔。：：三二羔：：!耋：；：茁：三：：：=二；。墨：三羔；一：．墅!三：：三：：三!!=至至：．：羔。：：三二羔：：!耋：；：茁：三：：：=二；。墨：三羔；一●(a)導(dǎo)體：(b)半導(dǎo)體；(c)絕緣體力的物理原因，如圖3．1所上沒(méi)有電子且禁帶非常寬的固體基本上沒(méi)有導(dǎo)電能力稱為絕緣體，如圖3．1(c)或價(jià)帶中缺了少數(shù)電子，并且禁帶變窄，從而導(dǎo)致有了一定導(dǎo)電性就稱為半導(dǎo)體E--‰ENP●(a)N型半導(dǎo)體；(b)P型半導(dǎo)E--‰ENP●(a)N型半導(dǎo)體；(b)P型半導(dǎo)●■—／。NE量P圖3．3熱平衡狀態(tài)下的P．N(a)熱平衡狀態(tài)下P-N結(jié)中的電子和空穴；(b)熱平衡狀態(tài)下P-N一‰■—／。NE量P圖3．3熱平衡狀態(tài)下的P．N(a)熱平衡狀態(tài)下P-N結(jié)中的電子和空穴；(b)熱平衡狀態(tài)下P-N一‰PN—廠)ooOOOOOoO‰圖3．4P-N●●扯老2號(hào)2la)(3-2-·波圖3．5可見(jiàn)光LED光表3．1LED砷化鎵鋁砷化鎵磷化鎵摻雜氮(GaP銦氮化鎵，氮化磷化鎵表3．1LED砷化鎵鋁砷化鎵磷化鎵摻雜氮(GaP銦氮化鎵，氮化磷化鎵藍(lán)光LED+黃色熒光紅紅610nm-藏橙590nm-50811{z-52俐■黃570nm-豳綠500nm-60011{z藍(lán)450nm-白V--l銦氮化鎵紫400nm-666nIz一碳鋁鎵氮化物氮化鋁鎵銦紫功率的比，可以用外量子效率弦與電壓效率仉表示‰22(3-3-外量子效率％是逃逸到空氣中的光子數(shù)與電子空穴復(fù)合數(shù)2．1 7／=‰22(3-3-外量子效率％是逃逸到空氣中的光子數(shù)與電子空穴復(fù)合數(shù)2．1 7／=??2百r(3-3-到空的光和復(fù)生-定義逃逸到空氣中的光子數(shù)與電子空穴復(fù)合產(chǎn)生的光子數(shù)之比為％，電子空仇：仇2三qV(3-3-‰=等(3-3-●由(3-3—6c)式可知光提取效率％即逃逸到空氣中的光子數(shù)與電由(3-3—6c)式可知光提取效率％即逃逸到空氣中的光子數(shù)與電子空穴復(fù)產(chǎn)生的光子數(shù)之比可由材料吸收產(chǎn)生的損失仉、菲涅爾損失，7廳和全反射損失4斯涅耳定律：％siIl幺=n：sinO：，可寫出全反射臨界角為只有小于臨界角包的光才可以傳輸?shù)娇諝庵校灾挥性陧斀菫?億的圓錐體射角引起的損失稱為全2(3-10i子的效率的提高子的效率的提高中電磁場(chǎng)強(qiáng)度分布，利用Purcell效應(yīng)提高LED的內(nèi)量子效率[18，20，22，74]●圖3．6提高LED光提取效率的各種結(jié)(a)光子晶體LED；(b)表面粗化LED；(c)反射鏡LED：(d)圖形化襯底LED陷模態(tài)的密度改圖3．6提高LED光提取效率的各種結(jié)(a)光子晶體LED；(b)表面粗化LED；(c)反射鏡LED：(d)圖形化襯底LED陷模態(tài)的密度改變電子和空穴的復(fù)合發(fā)光率控制自發(fā)輻射【74】。Purcell因子可 的輻射躍遷率(3-3-11 ，無(wú)結(jié)構(gòu)LED的自發(fā)輻射 殼式(3—根據(jù)三維空間坐標(biāo)系中六個(gè)面上電場(chǎng)為零的邊界條件，可解得波矢量云屯：竺式(3—根據(jù)三維空間坐標(biāo)系中六個(gè)面上電場(chǎng)為零的邊界條件，可解得波矢量云屯：竺，七，：竺，屯：堅(jiān)(3-帶入波動(dòng)方程中肚彩2膽=(等)2+(等]2+(等一個(gè)模態(tài)的最小體積=(3-317!巧3l(3-3-13萬(wàn)礦存在與圓球的一個(gè)象限中所以乘以(丟)。對(duì)(3-3-18)式求導(dǎo)可得在破的范圍其中七：竺刀，代入可得在砌范圍內(nèi)模態(tài)數(shù)為職，)_式中／,／為L(zhǎng)ED的折射率，礦為半導(dǎo)體體積●的電子和空穴的發(fā)光復(fù)合率ro-丟=和防秈妒辭職，)_式中／,／為L(zhǎng)ED的折射率，礦為半導(dǎo)體體積●的電子和空穴的發(fā)光復(fù)合率ro-丟=和防秈妒辭孱)2百n30)2V(3-3-ro2i=警(3-3-rM啪(，)脅=其中口為歸一化參數(shù)礦2幣志而(3-3-26zo、口‘=—7———_2E(，．)12l州=面2麗五A麗a’,觸r=i1=等(孑·t)2阻12面2(3-3-一、J、r=i1=等(孑·t)2阻12面2(3-3-一、J、一 面障而．而叫雨，r一，，■I瓦。j's磊(r)l廣／爵‘：iF：—Aco,—‘：3Q引3．5．2LED3．5．2LED圖3．7LED結(jié)構(gòu)和仿真示(a)LED現(xiàn)實(shí)結(jié)構(gòu)：(b)LED仿真結(jié)構(gòu)大于兩倍波長(zhǎng)后，仿真結(jié)果才相對(duì)穩(wěn)定，本文中主要利用2∥肌×2∥冊(cè)×2∥冊(cè)●3．5．3量子阱的數(shù)值大于兩倍波長(zhǎng)后，仿真結(jié)果才相對(duì)穩(wěn)定，本文中主要利用2∥肌×2∥冊(cè)×2∥冊(cè)●3．5．3量子阱的數(shù)值圖3．8GaN(a)晶體結(jié)構(gòu)；(b)晶面與晶向示意圖·極化的偶極子源●極化的偶極子源●子阱中的電子空穴復(fù)合發(fā)光的制作工藝日趨成熟，使得表面等離激元成為了近年國(guó)際上研究的熱點(diǎn)[78一s0]●離激元的電磁特性，其在透射增強(qiáng)[26，85—87]，生物傳感器[ss一90]，超高分辨成像[91，92]，金屬波導(dǎo)[93，94]和發(fā)光增強(qiáng)[95．100]等方面都的制作工藝日趨成熟，使得表面等離激元成為了近年國(guó)際上研究的熱點(diǎn)[78一s0]●離激元的電磁特性，其在透射增強(qiáng)[26，85—87]，生物傳感器[ss一90]，超高分辨成像[91，92]，金屬波導(dǎo)[93，94]和發(fā)光增強(qiáng)[95．100]等方面都有廣闊的應(yīng)用前景4．1·屬表面的自由電子稱作表面等離子體(SurfacePlasmons，SPs)磁表面波稱為表面等離激元Polaritons，SPPs)[101．103]●4．2●先要確定金屬的和介質(zhì)4．2●先要確定金屬的和介質(zhì)在電磁場(chǎng)中的材料特性。在光頻段金屬材料是典型的色_量銹—艿口2暑囂一。一々圖4．1Lorentz模1Lorentz模1m兩雨(4-2-其中絲蘭印，氣專1則國(guó)‘2氣+碡二再p萬(wàn)(4-2-‘V)=再籌匆勘(咖(緲)(4-2-q協(xié)鶘協(xié)q’(國(guó))=黝(√(彩)一1)=石詈其介電系數(shù)可以表示為‘?言㈣其中系數(shù)G要滿足條件：∑G=I，％為第g個(gè)本證頻率，％為第g個(gè)碰▲4．2．2D鄺de模Drude模型是針對(duì)金屬的費(fèi)米自由電子氣近似模型，是針對(duì)金▲4．2．2D鄺de模Drude模型是針對(duì)金屬的費(fèi)米自由電子氣近似模型，是針對(duì)金屬電子的運(yùn)動(dòng)同樣遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律d2!E(4-2-，+∥：—-e—m聲：坳：一№：一絲士雷(4-口‘‘=l+z=1+三占o(jì)E=l一麗Ne2石麗其中絲三娣所以‘21一而緲(4—2-‘=l+z=1+三占o(jì)E=l一麗Ne2石麗其中絲三娣所以‘21一而緲(4—2-●4．3r●4．3．1TE忌：(o，B2，o)g訛z啦z叫)(4-3-母t(4．3—(4．3—代入麥克斯韋方程組中解忌：(o，B2，o)g訛z啦z叫)(4-3-母t(4．3—(4．3—代入麥克斯韋方程組中解得tz髟2=確國(guó)皿(4．3-二維情況下波矢量可表示為肚(詈磚+霸=‘．鰳砭+砭％辟：(詈)2(4-3-的入射光不能在金屬．介質(zhì)表面激發(fā)SPPs=(El0，E1)PH鈿也叫的入射光不能在金屬．介質(zhì)表面激發(fā)SPPs=(El0，E1)PH鈿也叫與電介質(zhì)分界面上電磁場(chǎng)需滿足(4—3疋l=疋(4—3—(4—3—(4—3— 上式中乞。和乞：大于零，要滿足色散關(guān)系就要求q乞<o，同時(shí)根據(jù)表面波對(duì)稱有疋。=E：，flJ(4—3—8)式可得毛=-s2，即需要介電系數(shù)大小相等符號(hào)相反的兩為正的電介質(zhì)來(lái)激發(fā)表面等離激元波矢量同樣可表示為(4-3—5)式，聯(lián)立(4．3．10)式代入方程中，可以得上式中乞。和乞：大于零，要滿足色散關(guān)系就要求q乞<o，同時(shí)根據(jù)表面波對(duì)稱有疋。=E：，flJ(4—3—8)式可得毛=-s2，即需要介電系數(shù)大小相等符號(hào)相反的兩為正的電介質(zhì)來(lái)激發(fā)表面等離激元波矢量同樣可表示為(4-3—5)式，聯(lián)立(4．3．10)式代入方程中，可以得到平屯2詈愚裂(4-3-金屬的表面等離激元的波矢量●國(guó)(4—3-1乞l2C國(guó)2C乞(4—3—1％=屯一C．＼『／互Cl-I-E2(4-3-復(fù)數(shù)：k=巧+f¨。將乞帶入到％中可以得k驢(4—3—∞％2她一C2((q叫)2+乞?qū)?shí)部與虛部分離出來(lái)國(guó)(4—3—¨刪研蔫2w習(xí)(4-3-圖4．3利用金屬Drude模型¨刪研蔫2w習(xí)(4-3-圖4．3利用金屬Drude模型可以寫出金屬的復(fù)介電系在高頻極限下金屬介電系數(shù)可寫為：島(國(guó))=l一譬，代入(4．3．8)式得緲2C國(guó)乞l2C(4—3-1國(guó)(4—3—乞22C分析上式可以發(fā)現(xiàn)，在保證％為實(shí)數(shù)的前提下，當(dāng)國(guó)<哆／√再百時(shí)乞。和乞：可以明確的表示出來(lái)散，Drude模型較Lorentz模型精度更高。而且Drude模型可以明確的表示出來(lái)散，Drude模型較Lorentz模型精度更高。而且Drude模型是基于費(fèi)米金屬自R4kkRnn(矽■23l表4．2(RkkRnn43R4kkRnn(矽■23l表4．2(RkkRnn432l圖4．4金屬材料Drude模型擬合曲(a)金的復(fù)介圖4．4金屬材料Drude模型擬合曲(a)金的復(fù)介電系數(shù)曲線；(b)銀的復(fù)介電系數(shù)曲線合很好，在遠(yuǎn)紅外波段誤差較大，如圖4．4(b)所示刪一國(guó)z一doy2去--。0+／my通過(guò)逆傅里葉變換得到時(shí)域極化率(44-7對(duì)上式在時(shí)間上進(jìn)行離散，時(shí)問(wèn)步取△f。可以得到y(tǒng)上式具有指數(shù)遞歸特性(4-4—程4．5y上式具有指數(shù)遞歸特性(4-4—程4．5·●射躍遷率增強(qiáng)發(fā)光輻射，：j一：?。～．二一_r．_y．．”二，：j一：??！籣r．_y．．”二●(a)單／雙金納米橢球；(b)單／雙銀納米橢球 廠=1．6706x1013月2；銀的修正Drude參數(shù)：毛=5，國(guó)。廠=2．3865x1013Hz的面上的功率流積分和為∑們。i---∑肛。r％2FI◆4．5．2金屬^號(hào)暑i---∑肛。r％2FI◆4．5．2金屬^號(hào)暑lilill瑟—--曩瑪¨¨¨¨措盈-Q。呈豇圖4．6(a)單金屬納米顆粒x-y截面能量分布圖3I．噼§?t3I．泓-lT佃圖4．7(a)雙金屬納米顆粒x-y截面能量分布圖：(b)雙金屬納米顆粒能量沿Y圖4．6和4．7顯示了單／雙金屬納米顆粒的近場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)。從圖中可以看出粒在波長(zhǎng)460hm處局域場(chǎng)最強(qiáng)；而雙金納米顆粒的局域場(chǎng)在波長(zhǎng)570m時(shí)達(dá)●移4．5．3金屬的距離對(duì)輻射增強(qiáng)的影響mm姍枷2圖4．6和4．7顯示了單／雙金屬納米顆粒的近場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)。從圖中可以看出粒在波長(zhǎng)460hm處局域場(chǎng)最強(qiáng)；而雙金納米顆粒的局域場(chǎng)在波長(zhǎng)570m時(shí)達(dá)●移4．5．3金屬的距離對(duì)輻射增強(qiáng)的影響mm姍枷2瑚拋-暑譬函_I|譬_～m6銣lIl盂枷枷圖4．8長(zhǎng)軸L對(duì)Purcell因子的影(a)不同長(zhǎng)度L的單金屬納米顆粒可見(jiàn)光范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的Purcell(b)不同長(zhǎng)度L的雙金屬納米顆?？梢?jiàn)光范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的Purcell●m枷鯽n枷枷瑚娜拋拋koIu_鈿—寫譬暑■kolu_■昌-譬葺■m枷蚋瑚5-暑oJ函昌釜暑山-o●m枷鯽n枷枷瑚娜拋拋koIu_鈿—寫譬暑■kolu_■昌-譬葺■m枷蚋瑚5-暑oJ函昌釜暑山-olu-兇昌-譬鼻■枷瑚啪枷枷枷o枷枷枷螄WwI代hgth圖4．9短軸R對(duì)Purcell因子的影(a)不同半徑R的單金屬納米顆?？梢?jiàn)光范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的Purcell(b)不同半徑R的雙金屬納米顆粒可見(jiàn)光范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的Purcell●距離不同波長(zhǎng)下對(duì)Purcell因子的影響，如圖4．10k暑o-函昌o￡暑■-o芑J函昌-譬目■舢螂枷瑚錒姍枷枷拋瑚o蝴啪枷枷瑚啪螄啪枷瑚o●距離不同波長(zhǎng)下對(duì)Purcell因子的影響，如圖4．10k暑o-函昌o￡暑■-o芑J函昌-譬目■舢螂枷瑚錒姍枷枷拋瑚o蝴啪枷枷瑚啪螄啪枷瑚ow9?。圖4．10距離R對(duì)Purcell因子的影(a)不同單金屬顆粒與偶極子間距離d在可見(jiàn)光范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的Purcell(b)不同雙金屬顆粒與偶極子間距離d在可見(jiàn)光范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的Purcell子不同波長(zhǎng)下對(duì)Purcell因子的影響，如圖4．11所枷啪姍姍I枷枷瑚m瑚枷-暑ok暑oJ啊暑-譬昌^mm枷枷k30I函昌-2葺^-olu—函昌-譬葺■mm子不同波長(zhǎng)下對(duì)Purcell因子的影響，如圖4．11所枷啪姍姍I枷枷瑚m瑚枷-暑ok暑oJ啊暑-譬昌^mm枷枷k30I函昌-2葺^-olu—函昌-譬葺■mmm姍枷咖螂(b)w吖。kngt“(蚰圖4．11環(huán)境材料對(duì)Purcell因子的影可以看到，隨著環(huán)境材料折射率的增加，金屬納米顆粒的共振波長(zhǎng)發(fā)生紅移4．5．4雙金●4．5．4雙金●(a)雙金納米橢球殼，(b)雙銀納米橢球I．金屬納米橢球殼的近，刻薊疆霪磊b一。蹴矗。。施蘊(yùn)藏。妊；懣．譬未≯l～—黝瘤致二施～。渤溉鋤懣．，I、魯●點(diǎn)船¨B，刻薊疆霪磊b一。蹴矗。。施蘊(yùn)藏。妊；懣．譬未≯l～—黝瘤致二施～。渤溉鋤懣．，I、魯●點(diǎn)船¨B：ii·塒 -1000·5帥7圖4．13度姍帥橢Ⅲ啪-暑uJ^拋_啪●-暑u昌霉鼻■m棚Whd∞g山(IWlvekngtbt-圖4．14雙金屬納米橢球殼的填充材料對(duì)1因子的影圖4．14所示。圖中刀’=0代表無(wú)填充材料的金屬納米橢球●述HI．球殼厚度對(duì)輻射增強(qiáng)的影響圖4．14所示。圖中刀’=0代表無(wú)填充材料的金屬納米橢球●述HI．球殼厚度對(duì)輻射增強(qiáng)的影響k暑J-葛-■-o苗J墨譬薯■珊姍姍姍姍舢舢啪枷枷m撕秈枷鯽枷拋啪咖瑚枷拋o5 7帥 圖4．15金屬厚度對(duì)Purcell●金屬薄膜對(duì)LED發(fā)光●金屬薄膜對(duì)LED發(fā)光的影響[18，138．140]一一5．1．1金屬●(5-1-(乞(5-1-(乞b+毛t：)(毛屯：+乞乞，)+(乞屯。一與屯：X毛乞：一毛乞，)一2哦一％tan降)-o(5-l-鉑+％伽降)=。(5-即兩側(cè)為同種介質(zhì)時(shí)，金屬．介質(zhì)分界面會(huì)產(chǎn)生兩種模式的SPPs，如圖5．2所晚1ec公A公公公Q公●圖5．2有限厚度SPPs的混合模晚1ec公A公公公Q公●圖5．2有限厚度SPPs的混合模5．1．2金屬薄膜表面等離激元的色散特●卜卜P-■圖5．4GaN基藍(lán)光LED結(jié)構(gòu)示意(a)正裝LED；(b)P-■圖5．4GaN基藍(lán)光LED結(jié)構(gòu)示意(a)正裝LED；(b)倒裝LED圖5．5GaN基藍(lán)光金屬薄膜LED(a)正裝金屬薄膜LED：(b)倒裝金屬薄膜LED．1酏：藏j■：j、：E、．磊：：-??。7：，?：。i1飛}薯w爿=：～+i嚼：i囂■：!_：一j?．1酏：藏j■：j、：E、．磊：：-??。7：，?：。i1飛}薯w爿=：～+i嚼：i囂■：!_：一j?量子阱附近的態(tài)密度，(3．3．31)式表●的發(fā)光特性進(jìn)行仿真研究iIl圖5．6倒裝GaN基金屬薄膜LED的仿真結(jié)構(gòu)示意(a)仿真結(jié)構(gòu)的三維視圖；(b)Y-Z5．2．3仿真參數(shù)和環(huán)境設(shè)5．2．3仿真參數(shù)和環(huán)境設(shè)●(5·2-使用非均勻網(wǎng)格。在金屬內(nèi)網(wǎng)格大小為lm，電介質(zhì)中根據(jù)材料的介電系數(shù)劃我們以無(wú)金屬薄膜的LED在A-B面的能量積分％‘柚)為基準(zhǔn)，引入金屬膜的LED在A—B面處的能量積分‰‘¨)與其的比值計(jì)算金屬薄膜LED的魚‰坐●●／／／7／，／／，一。廠魚‰坐●●／／／7／，／／，一。廠x圖5．7金屬材料在LED(a)金；(b)(2．262ev)，在綠光波長(zhǎng)范圍內(nèi)【152】；而銀的SPPs共振波長(zhǎng)為氣●々號(hào)5(2．262ev)，在綠光波長(zhǎng)范圍內(nèi)【152】；而銀的SPPs共振波長(zhǎng)為氣●々號(hào)5置石3葺¨瑚鯽圖5．8金屬薄膜對(duì)LED鍍金屬薄膜的LED(2)N型GaN厚度為100nmm，金屬薄膜厚度為70nm0GaN厚度為120nm，金屬薄膜厚度為70眥，金屬薄膜與量子阱間N型0效果◆5．3．2兩種¨¨¨¨效果◆5．3．2兩種¨¨¨¨^．n’)參公g葛Hh=∞曩∞苫H¨P。0一l-oz¨pB篁Hgoz鋤Vavelen|th(一gavelen|th圖5．9兩種銀膜LED結(jié)構(gòu)下銀膜厚度對(duì)LED發(fā)光的影(a)結(jié)構(gòu)a銀膜LED輻射功率隨t(b)波長(zhǎng)460rm時(shí)結(jié)構(gòu)a和結(jié)構(gòu)b兩種銀膜LED的電場(chǎng)分布隨t●—曼-M．暑-2u矗苗。目=皇一嗣目阻瑚．1lt圖5．10銀膜與量子阱間的距離對(duì)銀膜LED—曼-M．暑-2u矗苗。目=皇一嗣目阻瑚．1lt圖5．10銀膜與量子阱間的距離對(duì)銀膜LED(a)發(fā)光增強(qiáng)因子F隨銀膜與量子阱間距離d(b)銀膜與量子阱間距離d變化對(duì)銀膜LED其中‰是GaN的介電系數(shù)，吃為波長(zhǎng)為460rim時(shí)銀的介電系數(shù)的實(shí)部明顯增強(qiáng)。且隨著厚度的增加越來(lái)越多的后向輻射光(±90。一_+180。)被反射回前k^；u霄_一仁k^；u霄_一仁p—Iloo蠹二c■●Thicknessof隰繅；鄄隰黧；斛劁碧蓬圈{山東大學(xué)博士學(xué)1到反射鏡的作山東大學(xué)博士學(xué)1到反射鏡的作用●增強(qiáng)因子曲線影響不大廠廠燦lLD7‘’’～，?”加堪插¨佗m。．N86．I宴Q基p皇DI_葛Do量。盤■4}V2●廠廠燦lLD7‘’’～，?”加堪插¨佗m。．N86．I宴Q基p皇DI_葛Do量。盤■4}V2●融；瑚晦‰鋤黝蹴鋤。渤疬么編繳黝鋤OOThicknessofn--櫥筵固基賊鹱蒲饕總?cè)镙罨マ坟?，j點(diǎn)蓬蘸蒸圖5．12N型GaN厚度對(duì)銀膜LED發(fā)光輻射的影(a)增強(qiáng)因子，隨N型GaN厚度S的變化曲線：(b)銀膜LED中的光程差(c)波長(zhǎng)460hm時(shí)銀膜LED的電磁場(chǎng)(巨、弓、以、q)分布隨S的變化減弱，增強(qiáng)因子變小。三個(gè)波長(zhǎng)的F曲線周期也明顯不同，分別為：‰。=92nm減弱，增強(qiáng)因子變小。三個(gè)波長(zhǎng)的F曲線周期也明顯不同，分別為：‰。=92nm‰。=80nm、正∞。=lOOnm。周期與波長(zhǎng)成正比關(guān)系，短波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的F曲線■和反射光在出光面產(chǎn)生的光程差約為2(s+d)rlc．講IcosO、周期約為2cos0／2r／c．v，小。即量子阱距離金屬．介質(zhì)分界面越近，SPPs對(duì)量對(duì)內(nèi)量子效率的提高沒(méi)有貢獻(xiàn)。金屬薄膜在電介質(zhì)中傳播的理論距離，可以通過(guò)J『：彩估算出，其中矗和藝分別為電介質(zhì)和金屬材料介電對(duì)內(nèi)量子效率的提高沒(méi)有貢獻(xiàn)。金屬薄膜在電介質(zhì)中傳播的理論距離，可以通過(guò)J『：彩估算出，其中矗和藝分別為電介質(zhì)和金屬材料介電系數(shù)的實(shí)部，距離d-q金●獻(xiàn)個(gè)臨界厚度即趨膚深度的大小約為·厚度變化的影響相干相長(zhǎng)周期約為(5-2—T=>tcose／2鞏肛●■■光增強(qiáng)中起決定性作用-o》寸∞2dtio口一。囂^譬．瑚-o》寸∞2dtio口一。囂^譬．瑚5一§20n撕擴(kuò)學(xué)習(xí)鋤h搬，a=-——?！?。妊抽。。札瓣，嘞≈?！雦k如、拓i銑o■，i，二!?。j．i：。i鵜礎(chǔ)。0j￡。!，，I。：，翰幽概量^厶幽女。i1‘l’’’r’l即’’!’：二^‰‰!圖5．13優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)下的銀膜(a)增強(qiáng)因子和銀膜吸收系數(shù)隨波長(zhǎng)變化的曲■增強(qiáng)■增強(qiáng)●論文主要貢獻(xiàn)如下證明了仿真方法的正確性·●論文主要貢獻(xiàn)如下證明了仿真方法的正確性·射增強(qiáng)因子的規(guī)律●都需要進(jìn)行大量的工作●都需要進(jìn)行大量的工作●●●●Schubert【1GB．Stringfellow,M．George【2BrightnessLight嗍toSolid-【3Lighting【M】．Wiley-andFuture【4MR,ShchekinOB，Mueller-Machet●High-PowerLight-DiodesforSolid-Lighting叨．JDispM，Shibata[5H，eta1．Developmentofhiighdiodesandmultiquantum- of,2002，8(2)：271-【6】J．R．Coaton刪．LampsLighting叨．1【7】JK．Solid-statelightsourcesgettingsmart叨Schubert【1GB．Stringfellow,M．George【2BrightnessLight嗍toSolid-【3Lighting【M】．Wiley-andFuture【4MR,ShchekinOB，Mueller-Machet●High-PowerLight-DiodesforSolid-Lighting叨．JDispM，Shibata[5H，eta1．Developmentofhiighdiodesandmultiquantum- of,2002，8(2)：271-【6】J．R．Coaton刪．LampsLighting叨．1【7】JK．Solid-statelightsourcesgettingsmart叨T，GaoYa1．Increaseinthe【8GaN-diodesviaLeaers，2004，84(6)：855—ofInGaN- anano—roughenedp-GaNsurface【Jlight-PhotonicsTechnologyLetters，IEEE，2005，17(5)：983—【10】 P·typelight-onZnO明．Nature【11】WiererMM．III—photonic·crystallight-diodes晰llighextractionefficiency叨．NaturePhotonics，2009，3：163—【12】K，LindercrystalLEDs—extraction川．Laser&PhotonRex,,2009，3(3)：262—a1．DirectionalemissioncontrolKA，Matioliphotoniccrystallightemittingdiodes[JlightextractioninPhysLett，2008，93：103502-ofRyuS—W．DesignStructureExtractionofJImprovedQuantumElectron，2009，15(4)：1257—【15】light-Journal[16】GontijoI，BoroditskyM，Yablonovitchtosilverquantum-well【17】Hecker RA，Sawakifromsinglequantumwell叨．Applied1999，75(11)：1577—【1based0nInGaNwells『J1．NatMater,2004，3(9)：601—L，et【19】Horng-ShyangC，Dong-MingYChih-lightgeneration謝coatedonanlnGaN—quantum-two-wavelengthlight-emittingdiode四．PhotomcsWEmission【20】Cheng-YuC，Yuh-Nanostructured0，46(6)：884-●【21】ChenC-Y,YehD-M，LuY-C，etofplasmonsanfromsinglequantumwell叨．Applied1999，75(11)：1577—【1based0nInGaNwells『J1．NatMater,2004，3(9)：601—L，et【19】Horng-ShyangC，Dong-MingYChih-lightgeneration謝coatedonanlnGaN—quantum-two-wavelengthlight-emittingdiode四．PhotomcsWEmission【20】Cheng-YuC，Yuh-Nanostructured0，46(6)：884-●【21】ChenC-Y,YehD-M，LuY-C，etofplasmonsanquantumwellonmetallicstructure叨PhysicsLetters，2006，89(20)：203113-a1．Surfaceplasmoncouplinginansingle—quantum-welllight-emittingdiode【JSensorsBasedonSurfaeReview【J】．SensorsLocalizedPlasmonResonance【J6(19)：1685-spectraofM，HendraPJ，McQuillanelectrode【J】．ChemicalataLetters，1974，26(2)：163—HJ，GhaemiHF,etopticalHC，eta1．Stiffnessanddeflectionanalysiscomplexstructures陰．JournalofAeronauticalSciences，1956，23(9)：805-by【28】HaningtonRF．Fielded．NewTheMacmillan【29】Zienkiewiczmethod：ananalysisof【30】der WaveguideandCM．ExistenceaphotonicgapiIldielectric【33】XuF，ZhangYHongmodelingguided-eta1．Finite-frequency-domainalgorithmof on,2003，51(1finite—WHartnagel【34】Beilerdaoff詈!!!皇!曼!皇曼鼉曼詈曼曼皇曼曼!蘭!!!!曼!曼皇!皇frequencyforthree—scatteringproblemsMicrowaveTransactionson，1992，40(3)：540-solutionof【35】isotropicmediaon,1966，14(3)：302—PB．Applicationoftransmission-linematrixmethod『waveguidesofarbitrarycross—section[J】．ProcIEE，1972，119(8)：1086-EM，PennypackerCR．ScatteringandabsorptionoflightbydielectricgrainsfJl．TheAstrophysicalJournal，1973，186：705—『38]HrennikoffA．Solutionofproblemsof the詈!!!皇!曼!皇曼鼉曼詈曼曼皇曼曼!蘭!!!!曼!曼皇!皇frequencyforthree—scatteringproblemsMicrowaveTransactionson，1992，40(3)：540-solutionof【35】isotropicmediaon,1966，14(3)：302—PB．Applicationoftransmission-linematrixmethod『waveguidesofarbitrarycross—section[J】．ProcIEE，1972，119(8)：1086-EM，PennypackerCR．ScatteringandabsorptionoflightbydielectricgrainsfJl．TheAstrophysicalJournal，1973，186：705—『38]HrennikoffA．Solutionofproblemsof 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