红外纳米金属光栅偏振特性及制备工艺研究

发布时间：2020-08-17 20:39

【摘要】：随着社会经济与高新技术的飞速发展,人们对红外偏振探测方面的需求与日俱增,红外偏振探测技术已经深入到国民生活中的方方面面,表现出重要的应用价值。在红外偏振探测系统各组成元器件中,偏振器是感知被测物体所携带偏振信息的关键部件,在系统中发挥着重要作用。而随着红外技术的不断更新,偏振探测系统得到进一步发展,系统小型化,微型化甚至是集成化已成为当前时代的发展趋势。面对偏振探测系统以及对应光电探测器光敏元面积的不断减小,与之配套使用的传统红外偏振片已逐渐无法适应当前的使用需求。而纳米金属光栅具有体积小、适应性好等特点,同时又具有优异的偏振性能,因此成为替代传统红外偏振片的一种可行器件。基于上述,本文致力于采用微纳加工工艺制备出满足偏振探测系统性能需求的红外纳米金属光栅。首先,本文基于时域有限差分理论研究了单层红外纳米金属光栅各参数,如金属材料,周期、占空比、金属层厚度以及光栅截面形貌结构对其偏振特性的影响关系,并通过等效介质理论对所得结果进行了物理意义上的定性解释。其次研究了基底材料清洗及表面改性工艺,热纳米压印工艺、紫外-热纳米压印工艺以及金属薄膜沉积工艺-真空热蒸镀工艺中各工艺参数对光栅结构制备的影响,并对部分工艺参数进行了优化。结合上述工艺,制备了多方向阵列式红外纳米金属光栅。光栅TM透射率在2.5-5μm红外波段大于70%,消光比在2.7-5μm波段超过30dB,在部分波段如2.72-3.93μm波段超过35dB。同时针对现有红外纳米金属光栅支撑材料主要为硬性材料,与非平面设备集成兼容性差等缺点,利用IPS材料具有可变形且在中红外波段具有较好透射率这些性质,制备出柔性红外纳米金属光栅,进一步拓宽了其适用场合和范围。最后为提升光栅偏振性能,研究了增透膜原理并给出了透射率计算方法,通过编制MATLAB程序,对比仿真分析了单侧增透膜设计和双侧增透膜设计后的透射率,确立了双侧增透膜的设计方案。基于上述仿真结果,调整并改进制作工艺,重新制作了带有双侧增透膜的红外纳米金属光栅。光栅TM偏振透射率在4.48-4.65μm波段超过80%,光栅性能较之前有了较大的提升。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN219;TH74

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本文编号：2795806