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新型光子晶体复合结构的传输特性及光电应用研究
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2017
  • 中图分类:
    TN383
  • 关键词:
  • 成果简介:
    该项目研究内容属于光学领域,通过研究光子晶体与其他人工微结构材料所形成的新型复合结构中光的传输特性及其物理本质,寻求对光的全新操控方式,设计出基于光子晶体的新型光电子器件。该项目的研究结果在物理、材料、能源等领域具有重要的科学价值和应用前景。 主要研究内容及发现点如下:1)光子晶体与超材料、光子晶体形成的复合结构的传输特性及物理机制。构建了由单负超材料堆叠形成的光子晶体模型,首次发现了其带隙中存在孪生缺陷模现象,揭示了该现象的物理本质。利用左/右手复合传输线实验制备出了含单负超材料的光子晶体,通过实验和理论相结合揭示了零有效位相带隙相对于布拉格带隙在形成机制上的差异,还发现了含单负材料的光子晶体中存在TE或TM偏振的全向透射带。进一步发现零有效位相带隙对不同偏振波的反射相位之差在较宽频率范围内保持恒定,提出并设计了基于单负超材料光子晶体的宽带波片。提出了由光子晶体与光子晶体组成的异质结构,实现了较宽的光子全向带隙,通过对异质结构中子光子晶体的表面作裁剪,激发出光学Tamm态并对其进行了调控。2)光子晶体与半导体纳米结构的复合结构的光学特性及其在太阳能电池的应用。提出了一种光子晶体与二氧化钛纳米管阵列的直接耦合方法,该结构用作太阳能电池的散射吸收层,克服了以往耦合光子晶体的染料敏化太阳能电池存在的不足,显著地提高了太阳能电池的光电转化效率。进一步提出了一种末端开口的二氧化钛纳米管阵列的制备方法,生长出由空心的二氧化钛纳米管阵列组成的薄膜层,展示了这种空心纳米管阵列具备有效长度大、电子寿命长等优点,有利于提高太阳能电池的光伏性能。在以上基础上,提出了光子晶体与二氧化钛纳米颗粒的复合结构,用作太阳能电池的光阳极,指出了该结构既具有光学半透明的优点,又能在结构内部显著地增强光的散射,从而增加结构内染料对光子的吸收,提高光子晶体染料敏化太阳能电池的工作效能。该项目针对新型光子晶体复合结构中波的传输、局域、相位、散射等方面的性质作了系统的研究,发现了一些独特的光学现象,提出了周期光学结构对光进行调控的新的物理机制,丰富和拓展了光子晶体的应用前景,促进了光子晶体领域的发展。 该项目已发表42篇SCI论文,分别发表在Advanced Materials、Energy &;Environmental Science、Nanoscale、Applied Physics Letters、Optic Letters、Optic Express等国际权威期刊上。研究成果被Nature Photonics、Chemical Reviews、Chemical Society Reviews、Advanced Materials、Physical Review X等SCI期刊正面引用487次,其中10篇代表性论文被正面他引225次。
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