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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

近年来，表面等离激元光学得到迅速的发展，并给现有的光电子领域带来新的机遇。表面等离激元波是一种局域在金属介质表面，沿着这界面传播，在垂直方向能量按指数衰减的电磁场和电子的混合波。随着半导体工艺发展，特别是电子束、离子束刻蚀工艺发展，人们现在已经能够制造各种微纳光学器件，从而使得我们能够更好地操控电磁波。对于金属表面等离激元，由于其可以突破光学衍射极限，更使得我们可以在亚波长的尺寸上对电磁场能量进行传导、聚焦、分束等操控。从这种意义上说，表面等离子激元如果与现有的光电子技术相结合，可能给现有的光电子器件带来一场新的革命。表面等离子激元被广泛用来提高探测器的光电转换效率。相比于硅在光电子、光耦合方面受到了的限制，能够在高温和大功率情况下工作的gaas成为了当下应用不断拓宽，发展不断加快的材料。而其在信息产业中光电转换较快的特点，也让它在红外光电器件和半导体器件中占据了主导地位。无论是在航天，实验，国防军事等领域，以量子阱半导体材料为基础的光学探测器都有重大广泛的应用。相比较于之前较早的碲镉汞探测器件，在红外波段，量子阱材料探测器有远超前者的均匀性及可重复性。现在成熟的量子理论基础表明量子的效率由量子的工作原理决定，从而这也成为了影响红外探测器性能和发展的至关重要的因素。通过新式的光耦合结构，对量子阱材料红外光耦合材料的性能进行提高。对量子阱红外探测器的发展历程、研究现状进行简单的介绍,并将其量子效率、暗电流和探测率等性能参数与传统的红外探测器的性能参数进行比较。结合国内外的发展现状,对未来qwip的发展方向以及降低生产成本、降低商用门槛提出了一些自己的构想。目前，通过一系列对量子阱红外探测器的研究，人为的调整和改变探测波长地方式主要集中在对其化合物的组分，如此可以较为轻松地调整参数，如势垒高度等。于是，量子阱红外探测器便有了多色段探测、多波段探测地优势。同时相较于传统材料的探测器，其可靠性和均匀性也有突出优势。

国内外研究现状

量子阱字能带受到红外光影响，发生跃迁行为。而量子阱红外探测器通过探测这种跃迁行为进行红外探测，尤其是使用量子材料的n型掺杂的探测器，其探测的重点是电子在其子带间的跃迁。电子在子带间跃迁的能量变化影响了探测器的响应波长。随着光栅从一维向二维的发展，光耦合的效率也有了提高。光线通过光栅发生衍射从而改变了入射方向，存在了和量子阱生长方向平行的电场分量。从而按照量子力学的选择定则实现量子阱吸收。新式的波纹耦合的量子阱红外探测器。即使是到了今天，为了追求大面积阵列量子阱红外探测器的高性能，这仍然是一个还在努力的方面。原因很简单，即使不断提升，但量子阱红外探测器百分之11左右的量子效率仍然不算令人满意，这也是的量子阱红外探测器始终难以很好的从理论过度到实际的发展和应用。另外常规的的光栅固然起到了改变入射光线方向的作用，但百分之10左右的偏振消光比距离实时所需要的的固态探测的要求还很明显。这些都还有待进一步的探索和研究。

参照周期结构的金属表面透射原理。这个理论趋于成熟，从1998年起已经有足够量的实验验证和解释分析。并且设置的下层金属称为金属反射层，顾名思义，金属层的作用是通过反射使光波留在介质层内，继而器件可以完全吸收这些光波。这种复合的人工结构可以入射光线在人为光栅的作用下分化为左行波和右行波两种成为驻波，即将想要波段的垂直光源转化为在结构体内横向的光波，以此来提高器件的光耦合率。本篇论文主要的研究是提高光耦合效率，设计参数特性更为优秀的量子阱红外探测器的原理型器件，对象辐射峰值的波长主要在14微米到15微米的甚长波。参考于之前的研究成果，首先理论分析这一人工结构。其研究方向很具有指导作用，成功地通过左行波、右行波产生等离激元驻波验证了该人工结构所具有的耦合机制，并通过调整参数对该结构进行了进一步探索：从品质因子角度研究了场的强弱变化。历经30余载的发展,量子阱红外探测器(qwip)已取得长足发展和丰硕成果。对量子阱红外探测器的发展历程、研究现状进行简单的介绍,并将其量子效率、暗电流和探测率等性能参数与传统的红外探测器的性能参数进行比较。目前发展较为成熟的是gaas/algaas量子阱红外焦平面阵列探测器。最后,结合国内外的发展现状,对未来qwip的发展方向以及降低生产成本、降低商用门槛提出了一些自己的构想。

2. 研究的基本内容

（1）量子阱红外探测器光耦合的原理阐述

(2) 设计量子阱红外探测器的材料、结构，利用fdtd方法分析金属人工结构的光耦合特性

（3）研究不同结构参数对光耦合特性的影响，优化参数。在横向和纵向共记5组数据对比后得出一定结论。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

2018.12-2019.01完成毕业设计任务书；

2019.01-2019.02确定系统整体方案，完成范例模型，对模型进行试验和设计；

2019.02-2019.03完成完美吸收经典论文整理，；

4. 参考文献