偏振光栅微阵列制备与特性研究

论文摘要

偏振成像提供人类视觉系统无法察觉的偏振信息。当前高分辨率下的偏振成像传感器可以实现从线偏振光中提取一系列完整的偏振特性,同时得到目标物更多的偏振信息。偏振片是偏振成像技术的重要组成部分,可实现入射光的遮蔽和透射。随着微纳加工技术的不断发展,亚波长金属光栅已被证明是具有良好偏振特性的光学元件。这种偏振光栅由于其体积小、易于集成,在偏振成像等领域有广阔的应用前景。本文主要利用电子束曝光技术与聚焦离子束刻蚀技术制备偏振光栅微阵列,并研究其偏振特性。首先,本文概述了偏振光栅微阵列的研究背景及意义、目前的研究和发展现状,以及课题主要研究内容,并对分析偏振光栅偏振特性的等效介质理论和设计偏振光栅结构的斯托克斯理论进行了论述。其次,在工艺制造方面,本文主要介绍了电子束曝光技术与聚焦离子束刻蚀技术。详细介绍了电子束曝光系统,并分析了电子束曝光技术的工作原理、制造工艺和参数设置,以及各参数之间的相互作用与影响,总结了感应耦合等离子体刻蚀技术的工作原理、工艺流程和影响因素。并利用电子束曝光技术制备不同周期的偏振光栅微阵列、同周期不同曝光剂量的偏振光栅微阵列。同时,采用原子力显微镜与扫描电镜对偏振光栅微阵列进行了表征,通过两者表征后的形貌图分析计算感应耦合等离子体刻蚀过程中铝与光刻胶的刻蚀比。同时也介绍了聚焦离子束刻蚀系统,研究了聚焦离子束刻蚀技术实现的功能优势、制备流程和相应参数设置,以及各工艺参数的影响。并利用聚焦离子束刻蚀技术制造不同深宽比的偏振光栅微阵列、以及相邻两层光栅结构水平方向上由于错位位移构成的双层偏振光栅微阵列。最后在偏振性能测试方面,本文设计并搭建了偏振光栅微阵列的性能检测系统,分别对不同周期、不同曝光剂量、不同深宽比的偏振光栅微阵列进行性能检测及分析,同时分析相邻两层光栅结构水平方向上错位位移不同对双层偏振光栅微阵列的性能影响,并给出了计算偏振光栅微阵列性能参数消光比与最大偏振透过率的方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 偏振光栅微阵列研究现状
•     1.2.1 国内研究现状
•     1.2.2 国外研究现状
•   1.3 课题主要研究内容
• 第2章 铝金属光栅的偏振特性理论与结构设计
•   2.1 光栅的偏振特性
•     2.1.1 等效介质理论
•     2.1.2 偏振光栅微阵列的结构设计
•   2.2 本章小结
• 第3章 电子束——ICP刻蚀技术制备偏振光栅微阵列
•   3.1 电子束-ICP刻蚀技术制造光栅结构
•   3.2 电子束曝光工艺
•     3.2.1 电子束曝光概述
•     3.2.2 电子束曝光工艺的主要流程
•     3.2.3 实验结果分析
•     3.2.4 电子束曝光工艺参数的影响
•   3.3 ICP刻蚀工艺
•     3.3.1 ICP刻蚀工艺概述
•     3.3.2 ICP刻蚀工艺的主要流程
•     3.3.3 实验结果分析
•     3.3.4 ICP刻蚀工艺参数的影响
•   3.4 原子力显微镜表征偏振光栅微阵列
•     3.4.1 原子力显微镜简介
•     3.4.2 实验步骤
•     3.4.3 实验结果分析
•   3.5 本章小结
• 第4章 聚焦离子束刻蚀技术制备偏振光栅微阵列
•   4.1 聚焦离子束刻蚀工艺
•     4.1.1 聚焦离子束刻蚀概述
•     4.1.2 聚焦离子束刻蚀主要流程
•     4.1.3 实验结果分析
•   4.2 聚焦离子束刻蚀工艺参数的影响
•   4.3 本章小结
• 第5章 偏振光栅微阵列的性能检测及分析
•   5.1 引言
•   5.2 偏振光栅微阵列性能检测
•   5.3 光栅结构参数对偏振性能的影响
•     5.3.1 深宽比对偏振性能的影响
•     5.3.2 周期对偏振性能的影响
•     5.3.3 曝光剂量对偏振性能的影响
•     5.3.4 相位对偏振性能的影响
•   5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈星

导师: 宋贵才,王作斌

关键词: 偏振成像,偏振光栅微阵列,电子束曝光,聚焦离子束刻蚀,双层偏振光栅

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 长春理工大学

基金: 欧盟地平线计划EUH2020–中国国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项(FabSufWARNos.2016YFE0112100and644971),欧盟地平线计划EUH2020–中国国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项(MNR4SCellNos.2017YFE0112100and734174)

分类号: O436.3

总页数: 57

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