大面积偏振变色微纳结构与图案

论文摘要

利用微纳结构对光波幅值、位相、偏振等一种或多种参数进行空间调制和变换,可产生选择性反射以及光变色效果,在防伪、加密等领域引起了广泛的关注。然而,目前基于微纳结构的反射型彩色滤光研究相对较少,且现有报道的反射型滤光片效率较低;此外,受目前现有制备工艺的限制,基于微纳米结构的彩色滤光片幅面小,需借助显微镜观察其颜色图案。为获得具有较高光能利用率的偏振变色滤波器件,并实现其大面积像素化光变色图案的快速制备,本论文设计了一种反射型偏振变色纳米结构,测量的反射率峰值达62.3%,并利用紫外连续变频干涉光刻系统制备了基于上述设计的大面积光变色图案。相关的研究工作如下:（1）设计了基于介质-金属-一维介质光栅的微纳结构,分析了结构参量变化对反射光谱特性的影响,给出优化的结构参数。在此基础上,通过仅改变光栅周期实现反射型三原色输出,并分析了结构的偏振变色效果与滤光原理。（2）制备了光栅周期分别为540 nm、360 nm和320 nm的样品,在TE偏振下实现了 RGB三原色的反射输出,峰值反射率达62.3%;制备了具有不同包裹介质层厚度的样品,当介质膜厚为100 nm时,结构具有良好的偏振变色效果与双通道效应。（3）利用紫外连续变频光刻系统制备了不同包裹介质层膜厚下的彩带结构,其光栅周期在250 nm-550 nm间变化。不同偏振态入射光下彩带结构的反射效果表明,随着光栅周期的变化各膜厚下的彩带结构反射颜色变化显著。（4）制备了包裹层介质膜厚分别为100 nm和150 nm的像素化图案,并拍摄了不同偏振态入射光下图案的反射颜色。制备的像素化图案具有很好的偏振变色特性与双通道效应,在密码学、防伪等领域有着广阔的应用前景。同时每一个图案的刻写只需15分钟左右,表明系统可以高效地实现大面积的彩色印刷。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 彩色滤光
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 反射型彩色滤光结构
•     1.2.2 像素化反射彩色滤光图案及应用
•   1.3 本论文的创新点与主要研究内容
• 第二章 反射型偏振变色纳米结构的设计
•   2.1 微纳结构中的共振现象
•     2.1.1 表面等离子体共振
•     2.1.2 导模共振
•   2.2 FDTD算法简介
•   2.3 反射型偏振变色纳米结构的设计
•     2.3.1 光栅占空比对两种偏振光入射下反射光谱的影响
•     2.3.2 光栅高度对两种偏振光入射下反射光谱的影响
•     2.3.3 包裹层介质厚度对两种偏振光入射下反射光谱的影响
•     2.3.4 光栅的周期对两种偏振光入射下反射光谱的影响
•   2.4 本章小结
• 第三章 反射型偏振变色纳米结构的制备与性能测试
•   3.1 样品制备的工艺流程
•   3.2 镀100 nm氮化硅介质的样品
•     3.2.1 不同光栅周期下样品反射光谱测试
•     3.2.2 样品的偏振变色效果
•     3.2.3 结构的双通道效应
•     3.2.4 不同偏振态入射光下结构的角度敏感性
•   3.3 镀130 nm氮化硅介质的样品
•     3.3.1 不同光栅周期下样品反射光谱测试
•     3.3.2 样品的偏振变色效果
•   3.4 镀150 nm氮化硅介质的样品
•     3.4.1 不同光栅周期下样品反射光谱测试
•     3.4.2 样品的偏振变色效果
•   3.5 镀170 nm氮化硅介质的样品
•     3.5.1 不同光栅周期下样品反射光谱测试
•     3.5.2 样品的偏振变色效果
•   3.6 误差分析
•   3.7 与国内外研究成果比较
•   3.8 本章小结
• 第四章 紫外连续变频光刻系统与像素化图案制备
•   4.1 光路的设计与理论分析
•   4.2 像素光栅的制备
•   4.3 内部光栅空频连续变化的彩带的制备
•     4.3.1 镀100 nm氮化硅介质的彩带
•     4.3.2 镀130 nm氮化硅介质的彩带
•     4.3.3 镀150nm氮化硅介质的彩带
•     4.3.4 镀170 nm氮化硅介质的彩带
•   4.4 像素化图案的制备
•     4.4.1 镀100 nm氮化硅介质的像素化图案
•     4.4.2 镀150 nm氮化硅介质的像素化图案
•   4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 谷雨

导师: 叶燕

关键词: 彩色滤光片,反射偏振变色,像素化,连续变频,大幅面

来源: 苏州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 苏州大学

基金: 国家自然基金面上项目(61575132)

分类号: O436.3

DOI: 10.27351/d.cnki.gszhu.2019.001273

总页数: 76

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