中文摘要：

基于量子限制效应导致的子带间跃迁原理的量子阱红外探测器是一代新型器件，它相对传统红外探测器而言在甚长波、多色探测与高均匀性焦平面应用方面表现出独特优势，但子带间跃迁的原理也形成了不能在正入射条件下工作这样的本征性缺点。旨在缓解这一缺点对器件带来的困难，本项目将利用各向异性导电胶中的金属颗粒小球在探测器像元表面和侧面形成二维无序散射体系，从而有效改变光的传播方向和偏振状态，使量子阱的光耦合效率得到改善。本课题将利用多重散射理论和有限差分时域方法对光子传播和散射过程进行模拟和分析，提出针对量子阱峰值响应波长的最佳耦合条件，选择适当的金属颗粒尺寸和密度，建立各向异性导电胶互连的工艺方法，提高量子阱红外探测器的探测效率。

结论摘要：

本项目提出利用光子晶体对GaAs/AlGaAs量子阱焦平面红外探测器中光传播方向和强度分布的操控来实现改善光耦合、提高对正入射吸收效率的构想，理论计算表明所提出的结构设计能够实现探测器性能的提高。具体为（1） 采用球面波展开的多重散射方法，构建了单个金属小球以及由金属小球组成的平面对入射电磁波的透射、反射矩阵元，研究了金属小球光子势垒夹置真空介质的光子量子阱的透射特性。（2） 研究了金属包覆介电小球的逐层堆积所形成的光子晶体结构的传播特性及其演变，当层数达到10时将形成光子禁带。（3） 结合GaAs/AlGaAs多量子阱结构对金属小球平面的反射光场分布进行了研究，结果表明该光子晶体能够提高正入射光的耦合效率。（4） 用有限差分时域法对量子阱探测器中人工图形二维金属光子晶体耦合行为进行了计算。结果表明，近场效应和等离子体波效应将诱导瞬息波，在光耦合中起到重要的作用。相应地，探测器的探测率也将得到极大的提高。通过上述工作，论证了采用金属小球和人工图形金属光子晶体对提高量子阱红外探测器耦合效率的有效性，为实际改善探测器性能奠定了理论基础。