【文章內(nèi)容簡介】 衍射）、背反射光譜測(cè)量（Θ角入射，反入射方向測(cè)量）等一系列的角分辨光譜測(cè)量方法。圖18 實(shí)驗(yàn)室搭建的宏觀角分辨光譜測(cè)量系統(tǒng)示意圖同時(shí)，對(duì)于一些具有微觀結(jié)構(gòu)樣品，由于結(jié)構(gòu)的分布面積較小，比如一些以生物體為模板制備的自身體積較小的樣品，或者結(jié)構(gòu)的工作面積較小，例如需要精確定位于相同位置的傳感器樣品，則需要采用微區(qū)光譜測(cè)量系統(tǒng)，如圖19所示。圖19 微區(qū)光譜與顯微角分辨光譜聯(lián)用系統(tǒng)示意圖 掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡由于光具有傳播路徑不相干、載頻幅度寬、傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)于電子計(jì)算機(jī)，光子計(jì)算機(jī)的概念一經(jīng)提出就引起了廣泛的關(guān)注。幾年來，微納光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使高度集成光子器件成為了可能。為了進(jìn)一步在這一開創(chuàng)新工程上邁進(jìn)，我們就需要很好的觀察、探測(cè)手段。而傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡由于衍射極限的存在已經(jīng)不能勝任對(duì)微觀尺度樣品的觀測(cè)工作。為此，科學(xué)家和工程師們?cè)谝幌盗刑结槖呙杓夹g(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)利用光學(xué)探針的掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡。通過近場(chǎng)光學(xué)探測(cè)，我們可以直觀地看到光場(chǎng)能量在微納光學(xué)結(jié)構(gòu)甚至是集成器件上的分布，以及該分布隨時(shí)空或施加外場(chǎng)情況下的變化情況。掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡的使用也為我們?cè)谶M(jìn)一步研究微納光學(xué)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用上提供了真是直觀地實(shí)驗(yàn)依據(jù)，如圖20所示為近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡照片。圖20 近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡四、 微納光學(xué)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用舉例：提高薄膜太陽能電池的效率厚度小于100nm的超薄有機(jī)太陽能電池之所以在近年來吸引了較多關(guān)注，不僅在于它能夠進(jìn)一步減少使用的材料，降低成本，而且還符合有機(jī)分子或高聚物的諸多電學(xué)局限性，例如較慢的載流子遷移率和較短的激子擴(kuò)散長度等[4042]，然而超薄電池也導(dǎo)致了對(duì)太陽光吸收效率的降低，從而使光生載流子的數(shù)目減少，進(jìn)一步也會(huì)使電池的光電轉(zhuǎn)換效率低下[4344]。為了克服光吸收不足的缺點(diǎn)，光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在超薄有機(jī)太陽能電池（OSCs）的制備中將占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，應(yīng)用在薄膜硅太陽能電池上的傳統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu)總體上都要遠(yuǎn)大于有機(jī)薄膜電池工作層的厚度[4547]。由于有機(jī)薄膜不但厚度很小還必須均勻、連續(xù)的覆蓋襯底表面，以往在薄膜硅電池上的光學(xué)設(shè)計(jì)顯然不在適用。隨著波動(dòng)光學(xué)和納米技術(shù)的發(fā)展，已有一些光學(xué)設(shè)計(jì)手段被用來提高OSCs的效率，但目前大多數(shù)關(guān)于光學(xué)設(shè)計(jì)的研究都集中在硅基太陽能電池而不是OSCs[4849]；或只是對(duì)光學(xué)性質(zhì)做了理論模擬而沒有在實(shí)驗(yàn)中考慮器件的電學(xué)性質(zhì)[50]。復(fù)旦大學(xué)的劉曉晗課題組設(shè)計(jì)了能有效提高電池光吸收效率，特別是材料吸收較弱的區(qū)域（500nm波段）和紅外/近紅外波段（700nm）的光柵結(jié)構(gòu)，如圖21所示。經(jīng)過優(yōu)化后的厚度為65nm的基于PFSDCNIO:PCBM的OSCs的電學(xué)效率同時(shí)也增強(qiáng)了。通過引入合適的光柵結(jié)構(gòu)，%，%， %。圖22所示的是金屬光柵結(jié)構(gòu)和PEDOT:PSS光柵復(fù)制結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片。從圖中可以得知金屬光柵的線寬約160nm，周期320nm，高度為40nm，光柵模板的材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)可以在光刻過程中自由調(diào)整。圖21 制備PEDOT:PSS光柵結(jié)構(gòu)的過程示意圖圖22 (a)金屬光柵結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片 (b)PEDOT:PSS光柵復(fù)制結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片五、 研究中存在的問題光學(xué)微納結(jié)構(gòu)的研究至今已經(jīng)進(jìn)行了20多年，經(jīng)過各個(gè)領(lǐng)域科學(xué)家的不懈努力，很多問題已經(jīng)被攻克，期間也開發(fā)出了很多制備方法和應(yīng)用手段。然而至今為止，光學(xué)微納結(jié)構(gòu)的制備不但成本高昂而且耗時(shí)很長。至于對(duì)可見光波段甚至更短波長響應(yīng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)，微加工手段就更為有限和昂貴。上述原因必然阻礙光學(xué)微納結(jié)構(gòu)的優(yōu)異性在工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用。其次，目前幾乎所有的光學(xué)微納結(jié)構(gòu)尺寸或結(jié)構(gòu)參數(shù)，在制備過程中一經(jīng)設(shè)定就無法改變，因此具有固定的光學(xué)微腔效應(yīng)。而在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，人們希望能夠得到自由且實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的器件以實(shí)現(xiàn)更多功能。如何獲得光學(xué)微納器件結(jié)構(gòu)更大的調(diào)節(jié)自由度仍是一個(gè)值得研究的問題。此外光學(xué)微納結(jié)構(gòu)所具有的性質(zhì)不應(yīng)該局限在控制光的運(yùn)輸過程中，如何將其優(yōu)點(diǎn)有效的運(yùn)用在和民生相關(guān)的產(chǎn)業(yè)上，例如半導(dǎo)體照明，太陽能發(fā)電等產(chǎn)業(yè)，還需進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn)[1] J. D. Jackson, Classical Electrodynamic [M]. U. S. A.: John Wiley amp。 Sons, Inc., 1999[2] E. Yablonovitch, Inhibited spontaneous emission in solidstate physics and electronics [J]. Phys. Rev. Lett. 1987, 58:2059 [3] S. John, Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices [J]. Phys. Rev. Lett. 1987, 58: 2059[4] T. W. Ebbesen, H. J. Lezec, Extraordinary optical transmission through subwavelength hole arrays [J]. Nature, 1998, 391:667[5] J. D. Joannopoulos, R. D. Maede and J. N. Winn, Photonic Crystals: Molding the Flow of Light [M]. NJ: Princeton Univ. Press,1995[6] S. Noda, M. Fujita, T. Asano, Spontaneousemission control by photonic crystals and nanocavities [J]. Nature Photonics, 2007, 1:449[7] S. Ogawa, M. Imada, , M. Okano, , Control of light emission by 3D photonic crystals [J]. Science, 2004, 305:227[8] J. S. Foresi, P. R. Villeneuve, J. Ferrera, et al. Photonic bandgap microcavities in optical waveguides [J]. Nature, 1997,390: 143[9] Y. Akahane, T. Asano, B. S. Song, S. Noda, HighQ photonic nanocavity in a twodimensional photonic crystal [J]. Nature, 2003,425:944[10] S. A. Rinne, F. GarciaSantamaria, P. V. Braun, Embedded cavities and waveguides in th