基于传统抛物面蛾眼结构(PSMS)的优良减反性能,设计出一种具有抛物线中心截面的新型苞状蛾眼结构(BSMS)。采用时域有限差分法(FDTD),通过对比PSMS在不同底面直径和高度下的平均反射率,确定了最佳底面直径为200 nm;在此基础上分析了PSMS、BSMS及圆锥形蛾眼结构(CSMS)在不同高度下的反射率大小和截面电场强度分布,并通过等效介质理论对BSMS的减反性能进行进一步理论分析。结果表明:在300~1200 nm波段和300~1000 nm高度范围内,BSMS的平均反射率均低于PSMS及CSMS;当底面直径为200 nm、高度为800 nm时,BSMS的平均反射率低至0.19%,减反效果约为PSMS的3.5倍,约为CSMS的3.8倍,具有优异且平稳的抗反射性能,为减反结构的进一步设计和优化提供了参考。

为提高红外材料光学表面的抗反射能力, 设计了一种具有双周期嵌套式结构抗反射超表面。通过分析在双周期嵌套式结构周围的介电常数ε变化情况, 仿真模拟得到反射率。重点分析了当微纳结构发生变化时这种嵌套结构与单一结构表面抗反射特性的差别。通过改变嵌套结构表面占空比、顶底端直径比以及长径比等参数仿真模拟, 对抗反射特性进行分析, 最终优化出的结构在2.4~12 μm的超宽波长范围内反射率均低于3.5%, 在中长波实用波段范围内平均反射率低于1%。这种结构有效地保护了微结构形貌不被破坏, 实现了单一结构抗反射特性效果的叠加, 进一步降低了元件表面的反射率, 可以作为一种新型的减反增透表面应用于红外窗口。

采用时域有限差分法,对均匀蛾眼结构(UMS)和双混合蛾眼结构(BHMS)进行仿真,分析底面直径和高度对反射率的影响规律,比较了UMS与BHMS的减反射性能。基于反射率曲线和电场强度分布,分析了BHMS优异的减反射性能。结果表明:在300~1200 nm波段,UMS的反射率随着高度的增大而减小,随着底面直径的增大而先减小后增大;当底部直径为250 nm时,由不同高度的UMS组成的BHMS的平均反射率大于相应UMS的最小平均反射率;由不同底面直径UMS组成的BHMS的减反射性能可以进一步提升。

为提高有机太阳能电池(OSCs)的能量转换效率, 将蛾眼微结构应用于OSCs上。通过理论模拟计算, 得出在有机层厚度一定的情况下, 带有蛾眼微结构的OSCs相比于普通平板结构的OSCs的光吸收效率有较大的提高。通过对微结构形貌、周期和高度的优化, 使蛾眼结构OSCs的光吸收效率比普通平板OSCs提高了11.3%。器件光场分布的模拟计算表明, 光吸收效率的提高是由蛾眼结构减反增透的效果和表面等离子体(SPP)增强吸收共同导致的结果。

为了降低光学表面的菲涅耳反射，提出了一种制备仿生减反结构的方法.利用银镜反应并结合退火处理在硬性材质基底表面制备银纳米粒子，经反应离子刻蚀工艺，在基底表面形成一层纳米蛾眼减反结构.分析了周期分布和随机分布纳米蛾眼的光学特性，实验研究了退火参量和刻蚀参量对银纳米颗粒直径、密度以及高度的影响，并在硅和石英基底上分别制备了随机减反结构.测试结果表明：硅基平均反射率小于4.5%，双面石英基透过率达98.1%.理论和实验均表明：随机分布的纳米仿生蛾眼结构具有宽光谱、广视角和高减反特性，所提出的制备方法具有简便易行、低成本、大幅面等优点，在光电器件中具有良好的潜在应用前景.