量子阱红外探测器（QWIP）是20世纪末发展起来一个新技术,与其它材料的红外探测技术相比,它具有可重复性高、加工工艺成熟、均匀性好、响应速度快,探测波长范围广,探测的波长可以通过调节量子阱的参数加以控制等优点。通过半导体工艺可以制备出高品质、大面积均匀的量子阱材料,容易做成焦平面阵列,常用在成像系统中,在国防,工业,医学等领域有广泛的应用。自从贝尔实验室研制出第一个QWIP以来,其技术得到快速的发展,目前国内外大面阵单色QWIP已趋于成熟。然而由于量子跃迁选择定则,只有电矢量方向垂直于量子阱生长面的入射光才能被子带中的电子吸收,由基态跃迁到激发态,这就导致它不能吸收垂直入射光。与碲镉汞探测器件相比,它的量子效率和探测率低,这就制约了QWIP的发展。利用等离激元微腔能够把入射光耦合成为量子阱能够吸收具有较大垂直分量的局域的光子模式,在实验上已经证明了它可以提高量子阱的光吸收,但是在微腔中量子阱的吸收和金属比起来只有金属吸收的一半。虽然入射光完全成耦合成局域模式,但是量子阱实际吸收光的强度并不是太大,大部分的入射光被金属吸收损耗掉了,不能产生有效的光信号。针对Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物GaAs/AlGaAs材料构成的QWIP探测效率低的问题,通过设计人工表面微结构,利用表面等离激元能够在亚波长尺寸上对光进行限制和局域场增强的能力,来提高光的耦合效率。从光子学角度出发对光耦合进行优化,通过刻蚀形成等离激元微腔断层形成物理反射界面以及增加量子阱层数,调控吸收Q值(Q_abs)和辐射Q值(Q_rad),使体系保持在临界耦合状态,从而大大提高量子阱的吸收效率。通过吸收竞争操控和光耦合调控,来提高等离激元微腔内有源区活性材料的光吸收,抑制金属欧姆损耗,这种光子学的方法具有普适性。主要工作如下:1.基于耦合模理论（CMT）的等离激元微腔结构理论分析,通过优化光学天线的辐射特性来实现最大的场增强并减少光学谐振腔中的金属吸收损耗,这种结构通过刻蚀形成等离子体微腔断层界面和调谐到高阶模式,来调整吸收品质因子(Q_abs)和辐射品质因子(Q_rad),使系统保持在临界耦合状态。这种方法依赖于调控金属和活性材料之间的吸收竞争,并保持临界耦合状态。作为一种光子学的方法,它与不同的等离子体材料完全兼容。2.对于QWIP吸收效率低的问题,通过调研,理论模拟分析,利用光子学的方法设计出的基于等离激元微腔断层界面结构探测器件。结果表明相对于传统结构的红外探测器件,在等离激元微腔集成的量子阱结构中,在长波红外,量子阱吸收可提高至82%,金属欧姆损耗被抑制到18%。3.在等离激元微腔集成的GaAs薄膜器件（可以用于太阳能电池,也可以用于快速光探测）中,对于与在近红外范围内工作的GaAs器件集成的等离子体腔,在GaAs吸收波长附近880 nm处,该方法可以将活性材料吸收增强到入射功率的78%并且在接近带隙的波长处将欧姆损耗抑制到20%。在波长950 nm处,把GaAs吸收提高到56%,金属损耗41%。