用于PbS量子点电致发光器件中的光子晶体结构的优化设计

摘要

光子晶体结构是由介电常数在光波长量级的介质周期性排列形成的，其控制光传播的特性使其在光波导，激光器，光纤和发光器件等领域有着广泛的应用前景。近年来，可以实现近红外波段发射的PbS量子点电致发光器件引起了广泛的关注，但由于器件全内反射的影响导致器件的发光效率仅达到1.6％，制约了其进一步的应用发展。本文采用在PbS量子点电致发光器件中引入光子晶体结构的方法来优化器件发光效率，主要研究内容如下:
　　 1、研究了光子晶体带隙效应对光传播方向的影响。采用平面波展开法计算了具有三角，四角和六角晶格的圆形或方形介质柱/空气孔的光子晶体的能带图，获得光子晶体结构参数对完全带隙的影响规律。结果显示以空气为背景的六角排列方形介质柱结构的光子晶体结构在l/a=0.35时具有最大的完全带隙。最大的完全带隙宽度△ω=O.095(2πc/a)，带底频率ωmin=0.355(2πc/a)，带顶频率ωmax=0.45(2πc/a)，中心频率f(a/λ)=0.403。当晶格常数满足a=452 nm，介质柱边长l=159 nm时，光子晶体能对波长为1004nm到1273nm的光起到调制作用，使其在平面方向无法传播而垂直于器件表面出射，减少光的损耗。
　　 2、在光子带隙效应的基础上结合光栅衍射效应和等效介质理论优化光子晶体结构参数分析对PbS发光器件的出光效率的影响，结果得出当光子晶体晶格常数a=452nm，介质柱边长l=159nm，高度h=200nm时，发光波长为1124nm的PbS量子点电致发光器件的出光效率可达57.9％。
　　 3、利用有限元法模拟了波长为1124nm的光在光子晶体中传播的光场图。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 光子晶体简介及研究现状

1．2．1 光子晶体概述

1．2．2 光子晶体的主要特性

1．2．3 光子晶体带隙的数值模拟方法

1．2．4 光子晶体的应用

1．2．5 光子晶体在发光器件中的应用于研究现状

1．3 PbS量子点电致发光器件

1．3．1 PbS量子点材料简介

1．3．2 电致发光器件原理

1．3．3 PbS量子点电致发光器件简介及其光损失机制

1．4 光子晶体提高电致发光器件的基本原理

1．5 论文主要研究内容

1．5．1 本文研究意义

1．5．2 研究内容及方法

第二章 用于PbS量子点电致发光器件的二维圆柱形光子晶体结构的数值模拟

2．1 以空气为背景的二维圆形介质柱光子晶体结构的参数设计

2．1．1 以空气为背景的圆形介质柱结构光子晶体的模型

2．1．2 以空气为背景的四角、三角和六角排列的圆形介质柱光子晶体结构的能带计算

2．2 以介质材料为背景的二维圆形空气孔光子晶体结构的参数设计

2．2．1 以介质材料为背景的圆形空气孔结构光子晶体的模型

2．2．2 以介质材料为背景的四角、三角和六角排列的圆形空气孔光子晶体结构的能带计算

2．3 本章总结

第三章 用于PbS量子点电致发光器件的二维方形光子晶体结构的数值模拟

3．1 以空气为背景的二维方形介质柱光子晶体结构的参数设计

3．1．1 以空气为背景的方形介质柱结构光子晶体的模型

3．1．2 以空气为背景的四角、三角和六角排列的方形介质柱光子晶体结构的能带计算与分析

3．2 以介质材料为背景的二维方形空气孔光子晶体结构的参数设计

3．2．1 以介质材料为背景的方形空气孔结构光子晶体的模型

3．2．2 以介质材料为背景的四角、三角和六角排列的方形空气孔光子晶体结构的能带计算与分析

3．3 本章总结

第四章 光子晶体衍射效应和反射率变化对PbS量子点电致发光器件出光效率的影响

4．1 光子晶体衍射效应对器件发光效率影响的分析

4．1．1 光子晶体衍射效应提高器件发光效率的原理

4．1．2 光子晶体衍射条件

4．1．3 结合衍射效应设计光子晶体结构参数

4．2 光子晶体反射率的计算

4．3 光场分布图

4．4 本章总结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢