本發(fā)明涉及紫外探測(cè)領(lǐng)域，特別是涉及一種增強(qiáng)紫外光電材料窄帶吸收效率的超構(gòu)表面吸收器。

背景技術(shù)：

1、對(duì)紫外光(uv，200～400nm)的高效探測(cè)在空間探測(cè)、低空監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)學(xué)傳感等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。其中，在熒光檢測(cè)等應(yīng)用中需要對(duì)特定譜段的紫外光進(jìn)行精確探測(cè)，這要求紫外光電探測(cè)器須具備高光譜選擇性的窄帶響應(yīng)曲線。而探測(cè)的核心和前提是高效吸收，光電材料的吸收效率和探測(cè)帶寬由材料的帶隙和組分等因素決定。因此，在紫外波段探測(cè)器的響應(yīng)性能受到材料的種類、制備工藝等因素的限制。對(duì)氧化鎵等半導(dǎo)體材料而言，其響應(yīng)帶寬和中心波長(zhǎng)需要通過(guò)材料組分和制備工藝優(yōu)化等方式實(shí)現(xiàn)控制，實(shí)現(xiàn)響應(yīng)波長(zhǎng)可控的窄帶吸收十分困難，往往需要在探測(cè)器前放置濾光片等分光元件實(shí)現(xiàn)。而由于材料限制、膜系設(shè)計(jì)等方面的原因，一些特定紫外頻率的窄帶濾光片的透過(guò)效率僅有10％。極低的能量利用效率嚴(yán)重影響了紫外窄帶探測(cè)的響應(yīng)度和信噪比。因此，探尋無(wú)須濾光片的高效紫外窄帶吸收方案對(duì)提升紫外光譜探測(cè)器件性能具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種增強(qiáng)紫外光電材料窄帶吸收效率的超構(gòu)表面吸收器，能夠增強(qiáng)紫外光電材料的吸收強(qiáng)度。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種增強(qiáng)紫外光電材料窄帶吸收效率的超構(gòu)表面吸收器，所述超構(gòu)表面吸收器包括由下向上依次布置的襯底層、介質(zhì)吸收層和介質(zhì)諧振層；

4、所述介質(zhì)吸收層作為吸收層和光電轉(zhuǎn)換材料；所述介質(zhì)吸收層的材料滿足折射率虛部在紫外目標(biāo)譜段不為零；

5、所述介質(zhì)諧振層為亞波長(zhǎng)的微納結(jié)構(gòu)經(jīng)周期排布組成的陣列；所述介質(zhì)諧振層用于激發(fā)高品質(zhì)因子的窄帶光學(xué)共振模式，并增強(qiáng)所述介質(zhì)吸收層的吸收強(qiáng)度；通過(guò)調(diào)整所述介質(zhì)諧振層中微納結(jié)構(gòu)的尺寸和周期調(diào)節(jié)吸收的中心波長(zhǎng)和強(qiáng)度。

6、可選地，所述介質(zhì)吸收層的材料為紫外半導(dǎo)體光電材料。

7、可選地，所述介質(zhì)吸收層的材料包括氧化鎵、氮化鎵、硅、金剛石、氧化鋅、氧化錫及碳化硅。

8、可選地，所述介質(zhì)吸收層的厚度范圍為20納米～100納米。

9、可選地，所述襯底層的材料包括石英、藍(lán)寶石及ito。

10、可選地，所述襯底層的厚度范圍為200微米～1000微米。

11、可選地，所述介質(zhì)諧振層的材料包括二氧化硅、氧化鋁、氮化鋁及氧化鉿；

12、可選地，所述介質(zhì)諧振層的厚度范圍為100納米～1000納米。

13、可選地，所述微納結(jié)構(gòu)的橫截面的圖形包括圓形、矩形和三角形。

14、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

15、本發(fā)明公開(kāi)了一種增強(qiáng)紫外光電材料窄帶吸收效率的超構(gòu)表面吸收器，包括襯底層、介質(zhì)損耗層、介質(zhì)諧振層，通過(guò)控制介質(zhì)諧振層中基于超構(gòu)表面誘導(dǎo)的高品質(zhì)因子的光學(xué)共振吸收模式，作用于介質(zhì)損耗層中紫外光電材料上，實(shí)現(xiàn)特定波段的高效窄帶吸收增強(qiáng)。本發(fā)明提供的方案解決了紫外窄帶探測(cè)中光電材料吸收光譜分辨率低、難以實(shí)現(xiàn)吸收中心波長(zhǎng)控制等問(wèn)題，克服了紫外窄帶探測(cè)中對(duì)窄帶濾波片的依賴，避免了因分光造成的能量損失。通過(guò)超構(gòu)表面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)吸收波長(zhǎng)的精確控制，易實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)探測(cè)器的集成。本發(fā)明可簡(jiǎn)化紫外窄帶探測(cè)光學(xué)系統(tǒng)，有利于集成化的規(guī)模制造及降低成本。

技術(shù)特征：

1.一種增強(qiáng)紫外光電材料窄帶吸收效率的超構(gòu)表面吸收器，其特征在于，所述超構(gòu)表面吸收器包括由下向上依次布置的襯底層、介質(zhì)吸收層和介質(zhì)諧振層；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)紫外光電材料窄帶吸收效率的超構(gòu)表面吸收器，其特征在于，所述介質(zhì)吸收層的材料為紫外半導(dǎo)體光電材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)紫外光電材料窄帶吸收效率的超構(gòu)表面吸收器，其特征在于，所述介質(zhì)吸收層的材料包括氧化鎵、氮化鎵、硅、金剛石、氧化鋅、氧化錫及碳化硅。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)紫外光電材料窄帶吸收效率的超構(gòu)表面吸收器，其特征在于，所述介質(zhì)吸收層的厚度范圍為20納米～100納米。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)紫外光電材料窄帶吸收效率的超構(gòu)表面吸收器，其特征在于，所述襯底層的材料包括石英、藍(lán)寶石及ito。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)紫外光電材料窄帶吸收效率的超構(gòu)表面吸收器，其特征在于，所述襯底層的厚度范圍為200微米～1000微米。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)紫外光電材料窄帶吸收效率的超構(gòu)表面吸收器，其特征在于，所述介質(zhì)諧振層的材料包括二氧化硅、氧化鋁、氮化鋁及氧化鉿。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)紫外光電材料窄帶吸收效率的超構(gòu)表面吸收器，其特征在于，所述介質(zhì)諧振層的厚度范圍為100納米～1000納米。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)紫外光電材料窄帶吸收效率的超構(gòu)表面吸收器，其特征在于，所述微納結(jié)構(gòu)的橫截面的圖形包括圓形、矩形和三角形。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)一種增強(qiáng)紫外光電材料窄帶吸收效率的超構(gòu)表面吸收器，涉及紫外探測(cè)領(lǐng)域。該超構(gòu)表面吸收器包括：由下向上依次布置的襯底層、介質(zhì)吸收層和介質(zhì)諧振層；介質(zhì)吸收層作為吸收層和光電轉(zhuǎn)換材料；介質(zhì)吸收層的材料滿足折射率虛部在紫外目標(biāo)譜段不為零；介質(zhì)諧振層為亞波長(zhǎng)的微納結(jié)構(gòu)經(jīng)周期排布組成的陣列；介質(zhì)諧振層用于激發(fā)高品質(zhì)因子的窄帶光學(xué)共振模式，并增強(qiáng)介質(zhì)吸收層的吸收強(qiáng)度；通過(guò)調(diào)整介質(zhì)諧振層中微納結(jié)構(gòu)的尺寸和周期調(diào)節(jié)吸收的中心波長(zhǎng)和強(qiáng)度。本發(fā)明能夠增強(qiáng)紫外光電材料的吸收強(qiáng)度。

技術(shù)研發(fā)人員：梁中翥,楊福明,徐海陽(yáng),史曉燕,郭思妤,馬劍鋼,付申成,劉益春
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東北師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15