用于可见光偏振成像的亚波长金属偏振光栅的研究

论文摘要

偏振成像具有广泛的军用和民用前景,如医学上癌症的诊断,军事上识别伪装的目标等。亚波长金属偏振光栅具有体积小,易集成,结构紧凑等特点,可替代传统的偏振器件。将亚波长金属偏振光栅制作成阵列来实现同步偏振成像为近年来的研究热点。本文围绕亚波长金属光栅的特点和制作展开了理论和实验研究,主要内容包含以下几个方面:首先介绍了研究亚波长金属光栅的意义和国内外亚波长金属光栅的研究进展,理论分析了亚波长金属偏振光栅的工作原理,TE波光栅铝层等效折射率实部和虚部都比较大,铝层等效于金属膜,大部分的TE波被反射和吸收;TM波铝层的等效折射率实部较大,虚部较小,铝层等效于具有微弱吸收性质的介质层,仅有少部分TM波被反射和吸收。理论计算方面,介绍了时域有限差分法（FDTD）理论。并利用该理论对金属铝光栅的透过率和消光比进行了深入的研究。给出了适用于可见光范围内最佳的光栅结构参数。分析了入射角对光栅性能的影响,及制作工艺带来的误差对光栅性能的影响。工艺制作方面,利用全息-离子束刻蚀工艺制作了用于纳米压印的模板。所制作的石英光栅模板周期为250nm,占空比约为0.5,高度为380nm。这一模板符合纳米压印要求。在石英光栅的基础上,尝试制作了一种包裹形的金属线栅。首先在已有的石英光栅结构的基础上优化设计了镀铝的参数,利用倾斜蒸镀的方法制作了这种包裹形的光栅。对光栅的透过率和消光比进行了测量,证明了这种线栅的偏振效应。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景与意义
• 1.3 用于偏振成像的偏振片阵列的研究状况
• 1.4 亚波长金属偏振光栅在国内外的研究状况
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 亚波长金属偏振光栅工作原理及FDTD 理论
• 2.1 引言
• 2.2 亚波长金属偏振光栅的工作原理
• 2.3 时域有限差分法
• 第三章 偏振光栅的理论设计
• 3.1 引言
• 3.2 矩形铝光栅的理论模拟
• 3.2.1 光栅周期为200nm 的情况
• 3.2.2 光栅周期为250nm 的情况
• 3.3 工艺误差对光栅性能的影响
• 3.3.1 光栅齿高度对光栅性能的影响
• 3.3.2 占空比对光栅性能的影响
• 3.3.3 光栅齿形状对光栅性能的影响
• 3.4 小结
• 第四章 用于纳米压印的光栅模板的制作
• 4.1 引言
• 4.2 全息离子束刻蚀工艺介绍
• 4.3 离子束刻蚀技术
• 4.3.1 离子束刻蚀技术介绍
• 3 气体刻蚀特性研究'>4.3.2 CHF₃气体刻蚀特性研究
• 4.4 全息光刻胶光栅掩膜的制作
• 4.4.1 胶厚对槽形的影响
• 4.4.2 曝光量对槽形的影响
• 4.4.3 显影时间对槽形的影响
• 4.5 离子束刻蚀制作石英光栅
• 4.6 小结
• 第五章 一种包裹形光栅的制作
• 5.1 引言
• 5.2 包裹形金属线栅的优化
• 5.3 包裹形金属光栅的制作与效率测量
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表的论文及参加的学术会议
• 硕士期间发表的论文
• 硕士期间参加的学术会议
• 攻读学位期间参加的项目
• 致谢