基于深亞波長(zhǎng)雙層媒質(zhì)的鈣鈦礦量子點(diǎn)熒光增強(qiáng)

趙文超， 文政績(jī)， 周子驥， 談 沖， 李世民，孫 艷， 戴 寧,4*， 郝加明,5*

(1. 中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所 紅外物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 200083；2. 湖州學(xué)院 電子與信息系， 浙江 湖州 313000； 3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049；4. 國(guó)科大杭州高等研究院 物理與光電工程學(xué)院， 浙江 杭州 310024； 5. 同濟(jì)大學(xué) 物理科學(xué)與工程學(xué)院， 上海 200092)

1 引 言

提高半導(dǎo)體發(fā)光材料的發(fā)光效率是光電應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，特別是面向照明與顯示器件應(yīng)用的新型發(fā)光材料[1-4]。CsPbBr3量子點(diǎn)是近年來(lái)新興的一種全無(wú)機(jī)鹵化鉛鈣鈦礦材料[5]，具有許多優(yōu)異的光電特性，被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管和光電探測(cè)器等領(lǐng)域。因此，從光與物質(zhì)相互作用角度對(duì)其發(fā)光特性進(jìn)行調(diào)控是一個(gè)兼具理論和實(shí)際意義的研究課題。而要提高發(fā)光效率可以從材料結(jié)構(gòu)組分和外部電磁環(huán)境兩方面考慮：從材料本身來(lái)看，激發(fā)態(tài)弛豫存在輻射復(fù)合和非輻射復(fù)合兩種途徑的競(jìng)爭(zhēng)，通過(guò)界面修飾[6]、摻雜改性[7]等化學(xué)制備手段可以增加輻射復(fù)合，抑制非輻射復(fù)合；從材料外部環(huán)境來(lái)看，通過(guò)引入表面等離激元共振[8-11]、納米諧振腔[12-14]、光子晶體[15-17]等人工光子結(jié)構(gòu)改變周圍環(huán)境的局域光子態(tài)密度，進(jìn)而影響自發(fā)輻射過(guò)程。在實(shí)際應(yīng)用中，盡管各種界面優(yōu)化工程和人工光子結(jié)構(gòu)方法已被證明行之有效，但仍然面臨著設(shè)計(jì)復(fù)雜、制造成本高、重復(fù)性差等一系列挑戰(zhàn)。因此，尋找結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、成本更低廉、適合大規(guī)模生產(chǎn)的新型納米結(jié)構(gòu)體系調(diào)控光發(fā)射過(guò)程成為當(dāng)前亟需解決的科學(xué)問(wèn)題之一。

近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)將金屬或類金屬材料與具有強(qiáng)光吸收特性的介質(zhì)相結(jié)合，即使在高損耗介質(zhì)薄膜中也能觀察到很強(qiáng)的光學(xué)薄膜干涉效應(yīng)。例如，2013年，Capasso課題組利用金薄膜和超薄高吸收介質(zhì)鍺薄層制備出納米光學(xué)涂層[18]，其強(qiáng)烈的共振行為來(lái)源于高吸收性介質(zhì)中較大的光衰減和伴隨的非凡界面相移，并展示了在金屬表面沉積納米損耗介質(zhì)會(huì)導(dǎo)致反射光譜的顯著改變。最近，人們進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)基于金基底和氧化銅薄膜組成的深亞波長(zhǎng)雙層納米結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)寬色域、角度不敏感和色彩鮮艷的結(jié)構(gòu)色。分波反射結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)色的產(chǎn)生起源于強(qiáng)光學(xué)非對(duì)稱法布里-珀羅型薄膜共振干涉效應(yīng)[19]。這種“超薄膜共振”的概念可適用于各種光譜范圍和應(yīng)用，迄今為止，它已被廣泛用于可見(jiàn)光著色金屬[20]、太陽(yáng)能收集[21]以及紅外波段靜態(tài)或動(dòng)態(tài)熱吸收和熱發(fā)射的調(diào)制[22-23]。

本文設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)制備了一種新型的低成本、無(wú)需光刻、平面雙層納米堆棧結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)寬帶高效光吸收，并可用來(lái)調(diào)控CsPbBr3鈣鈦礦量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度。其器件基本結(jié)構(gòu)由深亞波長(zhǎng)厚度、高吸收率的氧化銅薄膜和不透明的金屬基板組成?；跈E圓偏振技術(shù)擬合分析所得材料的光學(xué)參數(shù)，利用轉(zhuǎn)移矩陣方法計(jì)算的反射光譜與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。熒光光譜顯示，與CsPbBr3量子點(diǎn)直接旋涂在裸石英襯底上的參考樣品相比，CsPbBr3QDs/CuO/Au三層復(fù)合體系獲得了最大近7倍的熒光發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)，且隨著氧化銅厚度的增加，熒光增強(qiáng)因子逐漸減小。熒光壽命測(cè)試發(fā)現(xiàn)，熒光強(qiáng)度變化規(guī)律與激發(fā)態(tài)分子自發(fā)輻射速率的改變趨勢(shì)一致。場(chǎng)模擬結(jié)果證實(shí)，隨著氧化銅厚度的增加，三層復(fù)合體系吸收的能量主要被氧化銅耗散而非量子點(diǎn)。理論分析表明，熒光增強(qiáng)現(xiàn)象與強(qiáng)光學(xué)非對(duì)稱法布里-珀羅薄膜干涉效應(yīng)引起的高效光吸收和局域場(chǎng)增強(qiáng)導(dǎo)致的自發(fā)輻射速率加快有關(guān)。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 樣品制備

圖1展示了所提出的平面雙層納米結(jié)構(gòu)的制備工藝流程和樣品實(shí)物圖。圖1(a)為雙層納米結(jié)構(gòu)的制備流程圖，圖1(b)為據(jù)該流程實(shí)際制備樣品的光學(xué)照片。首先把拋光后的石英圓片(Φ=20 mm,h=1 mm)依次經(jīng)過(guò)丙酮、酒精、去離子水(18 MΩ·cm)超聲清洗，然后用干燥的氮?dú)獯蹈?。接下?lái)將清洗好的石英片放入電子束蒸發(fā)腔室內(nèi)沉積120 nm金(Au)薄膜，為了提高石英片與金薄膜之間的附著力，沉積金層之前先在石英片上沉積10 nm的鉻(Cr)薄膜。然后，在同樣的腔室內(nèi)生長(zhǎng)一系列不同厚度的銅(Cu)薄膜。通過(guò)多次重復(fù)上述步驟，最終在不同襯底上得到一系列厚度為3，7，11，15，19 nm的Cu薄膜。取出樣品后將超薄Cu/Au雙層薄膜放在LED恒溫加熱臺(tái)(SET-217)的加熱板上于400 ℃、空氣中退火2 h，逐漸將Cu氧化為CuO，其厚度分別為5，10，17，24，30 nm。最后，如圖1(c)所示，得到一系列具有不同CuO厚度色彩鮮艷的深亞波長(zhǎng)平面雙層納米結(jié)構(gòu)。量子點(diǎn)旋涂工藝主要參數(shù)為：每次旋涂的膠體量子點(diǎn)溶液用量為20 μL，轉(zhuǎn)速為2 500 r/min，時(shí)間為50 s。所用溶劑為甲苯溶液。

圖1 平面雙層納米結(jié)構(gòu)的制備流程和樣品實(shí)物照片。(a)CuO/Au雙層納米結(jié)構(gòu)的制備工藝流程圖；(b)按照(a)中工藝流程實(shí)際制備出的CuO/Au雙層納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)照片；(c)一系列具有不同厚度CuO薄膜的雙層納米結(jié)構(gòu)的實(shí)物照片。

2.2 主要儀器設(shè)備及耗材原料

實(shí)驗(yàn)中所用的主要儀器設(shè)備有多元共沉積紅外復(fù)合材料生長(zhǎng)系統(tǒng)(SKE 108008，Syskey Techno-logy)、穆勒矩陣橢偏儀(ME-VI，武漢頤光科技有限公司)、紫外-可見(jiàn)近紅外分光光度計(jì)(Carry 7000，Agilent Technologies)、微區(qū)角分辨光譜系統(tǒng)(Angle-resolved spectrum system in micro-region，上海復(fù)享光學(xué)股份有限公司)、時(shí)間分辨熒光光譜儀(SPC-150NX，Becker & hickl)等。CsPbBr3量子點(diǎn)合成所用耗材原料主要有十八烯(ODE)、油酸(OA)、油胺(OAM)、正己烷溶液、Cs2CO3和PbBr2粉體等，具體制備方法和材料表征見(jiàn)參考文獻(xiàn)[24-25]。

2.3 數(shù)值仿真計(jì)算

本文中所用的數(shù)值模擬場(chǎng)分析工具為基于時(shí)域有限差分方法開(kāi)發(fā)的全波數(shù)值仿真軟件FDTD Solutions。所設(shè)計(jì)的雙層堆棧結(jié)構(gòu)具有亞波長(zhǎng)特性，體系無(wú)高階衍射，器件的吸收率可利用公式A=1-T-R進(jìn)行計(jì)算，T和R分別表示透射率和反射率。而底層金屬的厚度為 120 nm，遠(yuǎn)大于電磁波的趨膚深度，器件的吸收率可簡(jiǎn)單地利用公式A=1-R求得。通過(guò)改變CuO薄膜厚度可以對(duì)所研究結(jié)構(gòu)的吸收峰峰位和強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制并總結(jié)其變化規(guī)律。反射光譜理論值是通過(guò)轉(zhuǎn)移矩陣方法計(jì)算得到的，對(duì)于平的層狀薄膜結(jié)構(gòu)，其光學(xué)響應(yīng)都可以通過(guò)轉(zhuǎn)移矩陣方法嚴(yán)格地求解出來(lái)。其中，數(shù)值仿真和理論計(jì)算中使用的光學(xué)常數(shù)取自利用橢圓偏振光譜技術(shù)擬合分析得到的材料復(fù)折射率參數(shù)n和k。

3 結(jié)果與討論

3.1 橢偏技術(shù)提取光學(xué)參數(shù)

為了能夠正確反映多層納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性，首先利用橢圓偏振光譜技術(shù)分別提取了Au基底、Cu薄膜和CuO薄膜的光學(xué)參數(shù)。圖2(a)、(c)、(e)分別展示了橢偏測(cè)量得到的在380～800 nm光譜范圍內(nèi)入射角θ=55°,65°時(shí)，Au、Cu和CuO薄膜的振幅比Ψ和相位差Δ(實(shí)線)。關(guān)于橢圓偏振參數(shù)Ψ和Δ的定義以及橢偏測(cè)量技術(shù)與擬合分析的詳細(xì)信息，可參閱參考文獻(xiàn)[26]。通過(guò)色散模型擬合實(shí)驗(yàn)橢偏光譜數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖2(a)、(c)、(e))得到Au、Cu和CuO薄膜的復(fù)折射率分量n和k，分別展示在圖2(b)、(d)、(f)中，其中實(shí)線為實(shí)驗(yàn)擬合數(shù)據(jù)，虛線來(lái)自參考文獻(xiàn)[27]。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)擬合出的Au薄膜光學(xué)參數(shù)與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)完全一致，反映了不同方法生長(zhǎng)的Au薄膜光學(xué)參數(shù)差別不大。Cu和CuO薄膜的實(shí)驗(yàn)擬合數(shù)據(jù)與參考文獻(xiàn)略有差異，主要原因可能是材料生長(zhǎng)條件和退火處理過(guò)程不完全一致。需要指出的是，隨著入射光波長(zhǎng)變大，Cu薄膜的消光系數(shù)k逐漸變大，而CuO薄膜的消光系數(shù)k則逐漸減小，這為解釋反射光譜變化和分析熒光增強(qiáng)機(jī)制提供了光學(xué)參數(shù)依據(jù)。

圖2 Au、Cu和CuO薄膜的橢圓偏振光學(xué)參數(shù)分析。(a)、(c)、(e)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的Au、Cu和CuO薄膜在入射角θ=55°, 65°時(shí)的Ψ和Δ(實(shí)線)，并用相應(yīng)色散模型擬合了結(jié)果(符號(hào)); (b)、(d)、(f)由橢圓偏振測(cè)量數(shù)據(jù)分析得到的Au、Cu和CuO薄膜的折射率實(shí)部和虛部，其中實(shí)線為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，虛線為參考文獻(xiàn)[27]的數(shù)據(jù)。

3.2 光學(xué)反射譜對(duì)比測(cè)試

為了精確地探索多層體系光學(xué)性質(zhì)的變化，從實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論計(jì)算兩方面研究了雙層納米堆棧結(jié)構(gòu)的光學(xué)反射譜。圖3(a)、(b)分別展示了6°入射角下沉積在金基底上厚度為3，7，11，15，19 nm Cu薄膜體系的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算反射光譜?？梢钥闯?，隨著Cu薄膜厚度變化，雙層納米結(jié)構(gòu)在反射光譜上沒(méi)有顯著差異，在380～500 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的反射率為40%左右，600 nm波長(zhǎng)以后反射率接近90%。圖3(c)、(d)為Cu/Au雙層納米結(jié)構(gòu)在空氣中400 ℃下退火2 h后得到的5種不同CuO薄膜厚度(5,10,17,24,30 nm)雙層體系的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算反射光譜。與Cu/Au中間結(jié)構(gòu)相比，CuO/Au樣品具有更深更廣的吸收共振，在380～600 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)反射率在20%左右。值得注意的是，隨著CuO厚度的增加，共振吸收峰位向長(zhǎng)波方向偏移，共振吸收率顯著增強(qiáng)。如圖1(c)所示，通過(guò)改變部分可見(jiàn)光的反射能夠產(chǎn)生豐富艷麗的顏色。圖3(e)、(f)為CuO/Au結(jié)構(gòu)旋涂CsPbBr3量子點(diǎn)后的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算反射光譜，結(jié)果顯示，反射率在380～550 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)一步降低為10%以下，CuO薄膜厚度越大下降越明顯。CuO/Au雙層納米結(jié)構(gòu)光學(xué)反射譜在CsPbBr3量子點(diǎn)激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)范圍內(nèi)的靈活可調(diào)性為實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)發(fā)光增強(qiáng)奠定了基礎(chǔ)。

圖3 系列樣品反射光譜。(a)、(b)一系列Cu/Au結(jié)構(gòu)在6°入射角下的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算反射率光譜，其中Cu薄膜厚度分別為3,7,11,15,19 nm;(c)、(d)一系列CuO/Au納米結(jié)構(gòu)在6°入射角下的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)反射率光譜，其中CuO薄膜厚度分別為5,10,17,24,30 nm;(e)、(f)分別為(c)和(d)中樣品旋涂CsPbBr3量子點(diǎn)之后的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算反射率光譜。

3.3 熒光光譜與增強(qiáng)因子計(jì)算

首先，研究了退火前Cu/Au中間結(jié)構(gòu)對(duì)CsPbBr3量子點(diǎn)熒光的增強(qiáng)作用，圖4(a)為實(shí)驗(yàn)測(cè)量的熒光光譜隨Cu薄膜厚度變化曲線。當(dāng)Cu厚度為10 nm以下時(shí)，如圖4(b)中的光學(xué)照片插圖所示，量子點(diǎn)熒光沒(méi)有實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)效應(yīng)，反而出現(xiàn)猝滅現(xiàn)象。這與以往文獻(xiàn)報(bào)道一致[28-29]，可以用F?rster共振能量轉(zhuǎn)移的物理機(jī)制來(lái)解釋。當(dāng)金屬襯底與發(fā)光物質(zhì)間距在10 nm以下時(shí)，光激發(fā)能量發(fā)生從熒光材料向金屬轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，造成熒光猝滅。圖4(b)描述了PL增強(qiáng)因子與Cu薄膜厚度變化的函數(shù)關(guān)系，隨著Cu層厚度的增大，獲得了近2倍PL增強(qiáng)因子。原因可能是Cu薄膜等離激元共振范圍與量子點(diǎn)光發(fā)射波長(zhǎng)不匹配，最終獲得類似鏡面反射作用機(jī)制的近2倍PL增強(qiáng)效果。

接下來(lái)，重點(diǎn)研究了CuO/Au雙層納米結(jié)構(gòu)對(duì)熒光的調(diào)控作用，圖4(c)展示了CsPbBr3QDs/CuO/Au三層體系的熒光發(fā)射譜隨CuO薄膜厚度的變化曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，CuO厚度為5 nm時(shí)QDs/CuO/三層結(jié)構(gòu)體系表現(xiàn)出最大7倍的熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，并且熒光發(fā)光峰位和半高寬保持不變，表明量子點(diǎn)發(fā)光性質(zhì)并沒(méi)有改變。圖3和圖6結(jié)果表明，熒光增強(qiáng)效應(yīng)主要?dú)w因于強(qiáng)光學(xué)非對(duì)稱法布里-珀羅薄膜共振干涉效應(yīng)引起的吸收增強(qiáng)和量子點(diǎn)發(fā)射波長(zhǎng)處局域場(chǎng)增強(qiáng)導(dǎo)致的自發(fā)輻射速率加快的共同作用。圖4(d)展示了CsPbBr3量子點(diǎn)熒光增強(qiáng)因子隨CuO薄膜層厚度變化的函數(shù)關(guān)系，熒光增強(qiáng)因子隨著CuO層厚度的增大逐漸降低，當(dāng)CuO厚度增加到30 nm時(shí)，幾乎沒(méi)有熒光增強(qiáng)作用。圖6的電磁場(chǎng)和能量耗散密度分布揭示，當(dāng)CuO厚度變大時(shí)，其吸收的能量占比逐漸增大，甚至遠(yuǎn)大于金層和量子點(diǎn)，而量子點(diǎn)光吸收占比基本沒(méi)有改變。故CuO作為實(shí)質(zhì)上的間隔層，越厚越不利于局域場(chǎng)與量子點(diǎn)光發(fā)射耦合，因此逐漸降低對(duì)量子點(diǎn)熒光的增強(qiáng)作用。

圖4 PL測(cè)量結(jié)果和增強(qiáng)因子分析。實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的CsPbBr3量子點(diǎn)的PL強(qiáng)度隨Cu(a)和CuO(c)薄膜厚度的變化曲線;(b)、(d)分別為繪制出自(a)和(c)中的PL增強(qiáng)因子隨Cu和CuO薄膜厚度變化的函數(shù)關(guān)系；(b)和(d)中的插圖為熒光猝滅和增強(qiáng)效應(yīng)的光學(xué)照片。

3.4 熒光壽命測(cè)試與擬合分析

為了深入理解熒光增強(qiáng)背后的物理機(jī)制，利用時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)技術(shù)對(duì)復(fù)合體系樣品進(jìn)行時(shí)間分辨熒光壽命測(cè)量。圖5為CsPbBr3QDs/CuO/Au復(fù)合體系在375 nm脈沖激光激勵(lì)下(重復(fù)頻率為10 MHz)的時(shí)間分辨熒光衰減曲線?？梢悦黠@看出，CsPbBr3QDs/CuO/Au三層復(fù)合體系與QDs/Quartz參考樣品相比，熒光強(qiáng)度衰減速率整體上明顯變快，且隨著CuO厚度增大又逐漸變慢。利用如下雙指數(shù)衰減函數(shù)對(duì)其進(jìn)行擬合：

圖5 CsPbBr3 QDs/CuO/Au三層納米體系的時(shí)間分辨熒光光譜隨CuO薄膜厚度的變化曲線

(1)

τ=A1τ1+A2τ2,

(2)

其中A1和A2表示τ1和τ2的比例。擬合結(jié)果

顯示，CsPbBr3量子點(diǎn)的平均壽命先從5.56 ns降低到1.21 ns，又逐漸增大到2.34 ns。熒光壽命的縮短表示QDs/CuO/Au體系存在能夠加快激發(fā)態(tài)自發(fā)輻射速率的通道，在這里歸結(jié)為強(qiáng)光學(xué)非對(duì)稱法布里-珀羅薄膜干涉效應(yīng)導(dǎo)致的吸收增加和局域光子態(tài)密度增大的共同作用。然而，隨著CuO薄膜厚度的持續(xù)增加，一方面，隔離層間距的加大會(huì)導(dǎo)致局域場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)逐漸減弱；另一方面，如圖6(d)所示，復(fù)合體系吸收的能量主要被CuO薄膜所耗散，而非量子點(diǎn)。

3.5 吸收光譜與電磁場(chǎng)分布特征

最后，為了進(jìn)一步分析CsPbBr3QDs/CuO/Au復(fù)合體系熒光強(qiáng)度梯度減小的原因，利用數(shù)值仿真工具計(jì)算了不同氧化銅厚度條件下的吸收光譜和電磁場(chǎng)分布及時(shí)均能量耗散密度。圖6(a)、(b)分別展示了CuO厚度為5 nm和30 nm時(shí)，QDs/CuO/Au三層納米結(jié)構(gòu)體系總體和各部分(CsPbBr3QDs、CuO膜和金層)的吸收光譜。結(jié)果表明，兩種不同的納米復(fù)合體系在300～550 nm帶寬范圍內(nèi)主要區(qū)別是CuO薄膜和金層在總吸收光譜中所占的比例不同。當(dāng)CuO厚度為5 nm時(shí)，其吸收的能量占比較低;隨著CuO厚度的增加，吸收占比逐漸增大；當(dāng)CuO厚度為30 nm時(shí)，其吸收占比甚至遠(yuǎn)超過(guò)金層，而量子點(diǎn)的光吸收占比基本沒(méi)有改變。圖6(c)、(d)則分別展示了CuO厚度為5 nm和30 nm的QDs/CuO/Au納米結(jié)構(gòu)體系在520 nm波長(zhǎng)下的歸一化電磁場(chǎng)幅度及時(shí)間平均功率耗散密度。結(jié)果顯示，電磁場(chǎng)呈不對(duì)稱分布特征，當(dāng)CuO薄膜較厚時(shí)，吸收的能量主要被其耗散而非量子點(diǎn)，這與吸收光譜占比分析一致。綜上所述，氧化銅薄膜厚度的持續(xù)增加對(duì)量子點(diǎn)光吸收沒(méi)有帶來(lái)更大貢獻(xiàn)，空間的增大反而導(dǎo)致局域光子態(tài)密度減小，這也是熒光強(qiáng)度降低的原因之一。

圖6 CuO薄膜厚度為5 nm(a)和30 nm(b)的QDs/CuO/Au三層納米結(jié)構(gòu)總體和各部分(CsPbBr3 QDs、CuO薄膜和Au層)的吸收光譜;(c)、(d)分別為(a)和(b)中的QDs/CuO/Au三層納米結(jié)構(gòu)在520 nm波長(zhǎng)下的歸一化電場(chǎng)、磁場(chǎng)幅度和時(shí)均能量耗散密度。

4 結(jié) 論

本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種新型的低成本、無(wú)需光刻、平面雙層納米結(jié)構(gòu)媒質(zhì)，其結(jié)構(gòu)由具有深亞波長(zhǎng)厚度與高吸收率特性的氧化銅薄膜和不透明的金屬基板構(gòu)成。光譜結(jié)果顯示，該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)寬帶高效光吸收，吸收峰位隨著氧化銅厚度增大而發(fā)生紅移。通過(guò)橢圓偏振技術(shù)提取材料的光學(xué)參數(shù)，利用轉(zhuǎn)移矩陣方法計(jì)算出樣品的反射光譜與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。熒光光譜結(jié)果表明，CsPbBr3QDs/CuO/Au三層復(fù)合體系相對(duì)QDs/Quartz參考樣品最大實(shí)現(xiàn)了近7倍的熒光發(fā)光增強(qiáng)，PL增強(qiáng)因子隨著氧化銅薄膜厚度的增大逐漸減小。利用時(shí)間分辨熒光技術(shù)和時(shí)域有限差分方法分別研究了復(fù)合體系的熒光強(qiáng)度衰減動(dòng)力學(xué)過(guò)程和電磁場(chǎng)分布與時(shí)均能量耗散密度。綜合研究表明，PL增強(qiáng)效應(yīng)主要起源于兩方面的貢獻(xiàn)：(1)由強(qiáng)光學(xué)非對(duì)稱法布里-珀羅薄膜干涉效應(yīng)引起的吸收增強(qiáng)；(2)局域光子態(tài)密度增大導(dǎo)致自發(fā)輻射速率加快。本文所提出的由金屬和高損耗介質(zhì)材料構(gòu)成的光學(xué)涂層方案，在金屬結(jié)構(gòu)色、光檢測(cè)、能量收集和輻射制冷等多種器件應(yīng)用領(lǐng)域具有良好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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