金属颗粒LED等离子体激元耦合光提取结构研究.docx
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金属颗粒LED等离子体激元耦合光提取结构研究
天津工业大学
毕业设计（论文）
金属颗粒LED等离子体激元耦合光提取结构研究
·
姓名：
李艳辉
院（系）别：
电子与信息工程学院
专业：
电子科学与技术
班级：
电科083
指导教师：
刘宏伟
2012年6月5日
天津工业大学毕业设计（论文）任务书
题目
金属颗粒LED等离子体激元耦合光提取结构研究
学生姓名
李艳辉
学院名称
电子与信息工程学院
专业班级
电科083
课题类型
实际课题
课题意义
本课题旨在研究金属颗粒结构对LED内部光辐射吸收，探索不同结构金属颗粒的等离子体激元模式与LED内部光辐射模式的耦合，提取LED内部导波模式为辐射模式，进而提高LED出光效率。
这对于提高LED器件出光效率，改善LED器件发光结构具有参考价值。
对于提高半导体照明灯具发光效率，节约照明能耗，具有重要意义。
任务与进度要求
2.21-3.05查阅相关资料，熟悉课题内容
3.06-3.20总结课题要点，安排具体课题计划
3.21-4.05课题相关模拟软件、模拟程序学习
4.06-5.05程序模拟和数据处理
5.06-5.25课题数据及结论分析
5.26-6.05论文撰写及修改
6.06-6.10准备答辩
主要参考文献
1、基于表面等离子激元的金属薄膜微结构的研究，王保清，硕士学位论文，浙江大学信息学院.
2、表面等离子体激元的若干新应用，雷建国等，长春理工大学理学院.
3、AdaehiS，OeK.Chemicaletehingcharacteristiesof（001）GaAs.JElectroehemSoc，1983，130:
2427.
4、NishidaT,HisaoSaito,NaokiKobayashi,Efficientandhigh-powerAlGaN-basedultravioletlight-emittingdiodegrownonbulkGaN[J].Appl.Phys.Lett.2001,79（6）:
711～712.
起止日期
2012.2.21-2012.6.10
备注
院长教研室主任指导教师
毕业设计（论文）开题报告表
2012年3月1日
姓名
李艳辉
学院
电子与信息工程学院
专业
电子科学与技术
班级
电科083
题目
金属颗粒LED等离子体激元耦合光提取结构研究
指导教师
刘宏伟
一、与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的主要内容、目的和意义：
金属表面等离子激元（Surfaceplasmonpolaritons，SPPs）是一种在金属一介质界面上激发并耦合电荷密度起伏的电磁振荡，具有近场增强、表面受限、短波长等特性，在纳米光子学的研究中扮演着重要角色。
近年来表面等离子光学和基SPPs的纳米光子器件的研究引起了国际上科学家们的广泛关注。
学习SPPs的基本原理和在亚波长结构下的光学特性，了解基于亚波长金属结构的表面等离子激元在空间光束准直与聚焦、平面内光束聚焦与传导和在近场纳米光束的控制等方面的研究情况，以及其在纳米光子学器件中的潜在应用，对研究它为提高LED出光效率所提供的新的途径具有极其重要的意义。
本课题旨在研究金属颗粒结构对LED内部光辐射吸收，探索不同结构金属颗粒的等离子体激元模式与LED内部光辐射模式的耦合，提取LED内部导波模式为辐射模式，进而提高LED出光效率。
这对于提高LED器件出光效率，改善LED器件发光结构具有参考价值。
对于提高半导体照明灯具发光效率，节约照明能耗，具有重要意义。
二、进度及预期结果：
起止日期
主要内容
预期结果
2.21-3.05
3.06-3.20
3.21-4.05
4.06-5.05
5.06-5.25
5.26-6.05
6.06-6.10
查阅相关资料，熟悉课题内容
总结课题要点，安排具体课题计划
课题相关模拟软件、模拟程序学习
程序模拟和数据处理
课题数据及结论分析
论文撰写及修改
准备答辩
对课题内容进行了解
总结课题方案
掌握模拟软件用法
完成论文主体部分
得到课题结论
撰写毕业论文
做答辩准备
完成课题的现有条件
Rsoft软件,相关研究论文等
审查意见
指导教师：
年月日
学院意见
主管领导：
年月日
天津工业大学毕业设计（论文）进度检查记录
题目
金属颗粒LED等离子体激元耦合光提取结构研究
学生姓名
李艳辉
学院名称
电子与信息工程学院
专业班级
电科083
指导教师姓名
刘宏伟
指导教师职称
讲师
日期
指导记录
3.9
布置任务
3.16
学习并查阅相关文献
3.20
LED相关知识学习
3.25
金属纳米颗粒等离子体的理论知识学习
4.1
金属纳米颗粒等离子体的理论知识学习
4.8
金属纳米颗粒用于提高LED出光效率结构的理论知识学习
4.15
金属纳米颗粒用于提高LED出光效率结构的理论知识学习
4.22
学习Rsoft软件的使用方法
4.30
学习Rsoft软件的使用方法
5.18
仿真模拟
5.21
仿真模拟
5.24
按要求书写论文
6.4
查看论文完成情况,毕业论文指导
6.6
对论文进行最后修改检查并打印
6.8
上交论文，制作答辩幻灯片
6.10
准备答辩
天津工业大学本科毕业设计（论文）评阅表
（设计类）
毕业设计
题目
金属颗粒LED等离子体激元耦合光提取结构研究
学生姓名
李艳辉
学生班级
电科083
指导教师姓名
刘宏伟
评审项目
指标
满分
评分
选题
能体现本专业培养目标，题目大小、难度适中；学生工作量饱满，能得到较全面训练。
10
题目与生产、科研等实际问题结合紧密。
10
课题调研
文献检索
能独立查阅文献以及从事其它形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案；有分析整理各类信息从中获取新知识的能力。
15
外文应用
能正确引用外文文献，翻译准确，文字流畅。
5
设计说明书（设计）
设计图纸（插图）简洁、规范、无差错，设计栏目齐全合理，能正确使用国家标准单位。
15
设计说明书（设计）结构严谨，表达清楚，文字通顺，用语正确，基本无错别字和病句，书写格式符合规范。
15
能根据毕业设计目标进行实验设计，对数据的运算及处理正确无差错，对实验结果的分析准确。
20
设计具有创新性或实用价值。
10
合计
100
意见及建议
评阅人签名：
年月日
天津工业大学毕业设计（论文）成绩考核表
学生姓名
李艳辉
学院名称
电子与信息工程学院
专业班级
电科083
题目
金属颗粒LED等离子体激元耦合光提取结构研究
1．毕业设计（论文）指导教师评语及成绩：
成绩：
指导教师签字：
年月日
2．毕业设计（论文）答辩委员会评语及成绩：
成绩：
答辩主席（或组长）签字：
年月日
3．毕业设计（论文）总成绩：
a.指导教师
给定成绩
b.评阅教师
给定成绩
c.毕业答辩成绩
总成绩
（a×0.5+b×0.2+c×0.3）
摘要
随着半导体照明行业的不断深入发展，作为半导体照明产品中的核心组成部分——LED芯片，其研究与生产技术有了飞速的发展，LED芯片的亮度和可靠性不断提高。
在芯片的研发和生产过程中，器件外量子效率一直是核心内容，因此，如何提高光提取效率显得至关重要。
本文就LED器件中光提取效率提高途径问题，着重介绍了一种新的光提取结构——金属颗粒表面等离子体，通过在发光材料表面建立金属纳米颗粒结构，在出射光激发下金属表面将产生等离子体，这些等离子体可吸收介质材料发光光能而发生振荡，再通过其他的结构或手段将这部分能量重新转化成光能辐射出去，进而提高LED器件的光提取效率。
本文一方面介绍了LED及金属纳米颗粒表面等离子体基本理论知识，另一方面利用仿真的手段着重研究了金属纳米颗粒的周期（占空比）、尺寸以及不同材料对金属纳米颗粒等离子激元提高LED出光效率的影响，同时也仿真了该结构下不同偏振方向的出射光对光提取的影响。
关键词：
LED；等离子体；吸收；光提取效率
ABSTRACT
Withthedevelopmentofsemiconductorilluminance,asthecorecomponentsofsemiconductorilluminance——LEDchips,itsresearchandproductiontechnologyhasbeenrapiddevelopmentaswellasitsbrightnessandreliability.IntheproductionprocessofLEDchips.theexternalquantumefficiencyhasbeenthecorecontentand,therefore,thelightextractionefficiencyiscrucial.
Thisarticleproveawaytoenhancethelightextractionefficiencyofdevice,byanewstructure——SurfacePlasmonPolaritonsofmetal.Inordertoenhancethelightextractionefficiency,then,onthemetalparticlesurface,theoutputbeamexcitatetheplasma,theseplasmacanabsorbtheluminouslightofdielectricmaterialoscillate.Byotherstructureormeans,thispartoftheenergycanre-converteintolightenergyandradiateout.thus,thiswaycanimprovethelightextractionefficiency.
Thisarticle,firstly,willintroductionthebasictheoreticalknowledgeofthesurfaceplasmonofthemetalparticlesandLED.Ontheotherhand,byusingtoolsofsimulation,wesimulatedifferentmetalparticleswithdifferentcycle（dutycycle）,differentdimensionsanddifferentmaterialstoimprovethelightextractionefficiency,and
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