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近红外波段金属线栅偏振器的设计与制作

金秋枫  
【摘要】:光偏振技术在众多的光学系统和光网络中有十分广泛的应用。其中近红外波段的偏振器件在环境保护,偏振遥感,天文观测,医学检测,光通信,液晶波片等领域都有广阔的应用。亚波长金属线栅偏振器具有易于集成,波段范围广,应用波段可定制,结构稳定,入射窗口大等特点,可作为近红外区域的偏振器件。 本文主要对近红外波段金属线栅偏振器的设计和制作方法展开了理论和实验的研究,主要包括以下几方面: 首先,介绍了研究近红外波段金属线栅偏振器件的意义和国内外金属线栅的研究进展,并分析了金属线栅偏振器的工作原理。 理论设计方面,主要介绍了金属线栅分析中常用时域有限差分法(FDTD)。模拟了应用于近红外波段(900nm~3000nm)的矩形金属线栅。根据模拟数据选择了铝作为金属线材料,并分析了线栅周期,占空比,线高对金属线栅偏振性能的影响。 然后,结合实际制作工艺,提出了采用Cu作为抗反膜材料进行全息曝光制作光刻胶掩模的方法。分析了全息曝光中驻波效应带来的影响。相比于传统的聚合物抗反射膜,Cu最终可以作为金属线栅的功能材料而无需去除。模拟设计了线栅周期为300nm的梯形形貌的Al-Cu双层金属线栅。分析了梯形侧壁倾斜角,底层铝线高,占空比和入射光角度对双层线栅偏振性能的影响。 工艺制作方面,介绍了全息-离子束刻蚀技术的基本原理及工艺步骤。采用全息-离子束刻蚀工艺制成了金属线栅样品。并通过改进全息曝光工艺和选择合适离子束刻蚀参数,改善了金属线栅的形貌。 实验测试方面,采用傅里叶变换红外光谱仪在近红外区域测试了金属线栅的偏振性能和角度敏感性。结果表明制成的线栅在近红外波段具有较好的偏振性能。并根据样品实际的梯形形貌模拟了线栅的偏振性能,与测量结果进行了对比分析。


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