金属光栅偏振器设计及其工艺仿真

论文摘要

本文采用微纳偏振敏感阵列模拟沙蚁复眼的构想,仿造沙蚁复眼结构设计制作微型偏振器,使具有高灵敏度、高精度、低功耗、微体积的仿生视觉传感器的研制成为可能。主要研究内容为金属光栅偏振器的设计仿真及加工工艺的研究。这种偏振器件的研究为微纳导航系统的实现奠定了基础。针对仿生微纳导航系统敏感波段38～520nm的要求,采用严格耦合波理论设计了一种新型透射式金属光栅偏振器。在垂直入射条件时,入射波长为450nm,本文设计的光栅的TM透射效率大于62.8%,消光比大于474。数值计算和理论分析表明,本文设计的金属光栅偏振器是一种宽带宽、高TM透射效率和高消光比的偏振器件。建立了金属铝光栅表面具有氧化层的的模型,分析了氧化层对偏振光栅性能的影响。此外,利用严格耦合波理论分析了方向误差和面形误差对亚波长光栅透射效率的影响。采用有限元方法并借助ANSYS软件对热压印过程中聚合物填充过程进行模拟,并且对影响聚合物填充过程的因素进行分析,详细分析了深宽比、凹槽宽度、占空比对聚合物变形的影响。同时对热压印中的降温过程进行分析。在脱模过程中,聚合物温度位于玻璃转化温度附近时,采用Maxwell模型表示聚合物的机械性能。详细分析了PMMA高度、摩擦系数对脱模的影响。数值计算结果表明,高度的降低,摩擦系数的减小能够有效的降低脱模时的等效应力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 金属光栅偏振器
• 1.2.1 光栅的历史与应用
• 1.2.2 亚波长光栅的理论分析方法
• 1.3 选题依据及意义
• 1.4 微纳光栅制作工艺国内外研究现状
• 1.5 论文主要工作
• 2 纳米压印技术的介绍
• 2.1 纳米压印技术基本原理
• 2.1.1 压印模板
• 2.1.2 压印过程
• 2.1.3 图形转移
• 2.2 纳米压印技术的分类
• 2.2.1 微接触压印技术
• 2.2.2 紫外光型纳米压印技术
• 2.2.3 激光辅助直接压印技术
• 2.2.4 光刻结合压印
• 2.2.5 各种压印技术分类
• 3 亚波长金属光栅设计
• 3.1 严格耦合波理论
• 3.2 亚波长金属光栅的设计
• 3.2.1 光栅材料和面型
• 3.2.2 临界周期点分析
• 3.2.3 order值的选取
• 3.2.4 亚波长金属光栅设计
• 3.3 亚波长金属光栅加工误差
• 3.3.1 方向误差
• 3.3.2 面形误差
• 4 纳米压印仿真
• 4.1 热压印中聚合物填充过程的仿真分析
• 4.1.1 建立模型
• 4.1.2 模拟结果与分析
• 4.2 降温过程仿真分析
• 4.2.1 建立模型
• 4.2.2 模拟结果与分析
• 4.3 热压印中脱模过程的仿真分析
• 4.3.1 建立模型
• 4.3.2 模拟结果与分析
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢