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提高2)光导出效率的异形金属光栅的设计与优化.PDF
第卷第期 发 光 学 报 年月 文章编号 提高 光导出效率的异形金属光栅的设计与优化 罗跃川张志友石 莎杜惊雷 四川大学 物理科学与技术学院纳光子技术研究所四川 成都 摘要 提出一种用于有机电致发光器件的双面对称矩形金属光栅电极采用时域有限差分方法 模拟研究了中表面等离子体激元的激发和耦合传输的物理规律和物理机制详细计算和分析 了该光栅结构的周期槽宽光栅高度槽底厚度入射光的入射角与电极透射效率的关系并由此优化了结 构的几何参数使金属电极的光导出效率相对于通常的金属银层电极增强了倍为基于表面等离子体激 元的高效光导出器件的优化设计提供了理论依据 关键词光导出效率金属光栅时域有限差分法表面等离子激元 中图分类号文献标识码 本文提出了一种新型的异形金属光栅 引言 光导出结构这种结构更为简单具有一定的可 中常用金 推广性通过运用电磁波时域有限差分法 属薄膜或导电层作为电极金属薄膜电极在 计算模拟和优化设计这种结构可以实 一定角度的光照射下会激发表面等离子激元 现对大范围角度入射光的整体增透并且详细的 最终将以 参数讨论为其进一步的制作和分析提供了充分的 热能形式损耗掉从而降低光的输出效率而 依据在使用 这种发光材料的中此 导电层折射率很高容易造成光在玻璃界面 结构对光导出效率的增加幅度大于已报道的波浪 处发生全反射在玻璃板中形成波导模也会使光 形光栅结构 的输出效率下降 近年来利用金属微纳结 异形金属光栅电极光导出结构的 构耦合器件来提高光耦合输出效率的 方法受到人们的重视这一技术把金属电极做成 设计 波浪形单面光栅或者在金属薄膜电极上另 在传统的金属电极 光导出结构中出 加一波浪形介质光栅 或者采用二维亚波长 光电极为一普通的金属薄膜电极上是玻璃层这 结构的金属光栅等结构这样在金属电极上 种结构无法对 的耦合产生任何调制作用 所激发出的可有效地被以光能形式耦合输 为了最大限度地对进行调制研究中采用双 出提高了耦合透射率从而提高 的 面光栅结构既可以在入射面增加光耦合为 光导出效率然而这些新的电极结构较复杂人 的效率又可以在出射面增加耦合为光的效 们对其结构参数与 能量耦合效果的关系也 率实际应用中除了引入光栅调制还要引入介 尚未有深入的认识已有的文献多数只简单地从 质调制以常见的银膜电极为例若为改善 理论或实验上讨论了光以固定的角度入射多为 耦合透射率而将银膜改为银光栅则根据电 垂直入射时金属光栅电极在 中的作用和 磁理论光栅为有限厚度时其上下两表面产生的 效果不能反映发光器件的实际情况不利于电极 会产生相互作用使 共振模态发生分 结构的优化设计和高效的研制 裂模态分裂情况与光栅厚度及周围介质折射率 收稿日期修订日期
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