可见光、近红外、中红外复合波段“蛾眼”减反射光学超表面的研究
发布时间：2022-01-23 21:48
蛾眼减反射微纳结构在光学窗口、显示器件和太阳能电池等方面的应用越来越广泛,逐渐成为国内外研究的热点问题。随着理论仿真和制备工艺的不断发展,宽谱段、宽角度、环境适应能力强等要求也已成为蛾眼减反射器件实际应用的关键指标。本文以严格耦合波和时域有限差分法为理论研究基础,利用FDTD-Solutions仿真优化设计了硅材料和多光谱级硫化锌材料的亚波长蛾眼减反射结构,分别应用于入射角0°60°的25μm红外宽谱段和0.415μm可见光、近红外和中红外复合的超宽谱段。通过对比仿真数据,分析了波长和入射角度随形貌参数变化对透射率的影响。基于结构参数优化设计结果,利用激光干涉光刻、金属掩膜沉积、电感耦合等离子体刻蚀的工艺路线在硅材料和硫化锌材料表面制备了蛾眼减反射结构,并分析了光刻过程中曝光剂量对光刻胶掩膜尺寸的影响和离子刻蚀过程中刻蚀气体与刻蚀时间对刻蚀形貌的影响。对制备出的实验样片在光学性能和力学性能两方面进行了测试分析。测试结果表明:硅材料蛾眼结构的宽光谱广角减反射性能较硅基裸片提高了29%36%,但蛾眼结构...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
显微蛾眼结构
图 2.1 均匀介质层于损耗区域 γ 是复数(复折射率)，反射和透射振幅可以通过电场和磁的切向分量来获得。输入区域与第一层边界处( z = 0)：( )1 1 0 1 11 + R = P + Q exp k γd， ( ) ( ) ( ), 0 1 1 1 0 1 11 expI zj k k R = γ P Q k γd ， 和 层之间的区域(-1z =D )：( ) ( )1 0 1 1 1 0P exp k γ d Q P Q expk γd + = + ， ( ) ( )1 1 0 1 1 1 0γ P exp k γ d Q γ P Q expk γd = ； 一层和输出区域边界之间(Lz = D)：( )0expL L L LP k γd + Q = T， ( ) ( )0 , , 0expL L L L L II z II zγ P k γd Q =j k k k T . 值得注意的是，匹配每个界面的电场和磁场产生两个方程，因此，对匀介质结构，将生成 2 ( L+ 1)个方程。整个方程组可通过求解方程组的标
( )2expnnnx i xπε εΛ = ， 为周期，nε 为光栅介电常数第 n 阶 Fourier 展开系数。结构如图 2.2 所示，光栅脊和光栅槽的各级展开系数可以表示为：( )2 201rd grε = n f + n f， ( )( )( )2 2sin0n rd grn fn n nnπεπ= ≠ . 别为光栅脊的平均介电常数和折射率，nε 和grn分别为光栅槽的平均介率，f 为光栅脊的占空比。一般情况下，金属光栅和非对称光栅的nε 为
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光干涉光刻制备976nm分布反馈式激光器光栅[J]. 白云峰,范杰,邹永刚,王海珠,海一娜,田锟. 激光与光电子学进展. 2017(12)
[2]衍射极限尺度下的亚波长电磁学[J]. 蒲明博,王长涛,王彦钦,罗先刚. 物理学报. 2017(14)
[3]紫外纳米压印技术的研究进展[J]. 殷敏琪,孙洪文,王海滨. 微纳电子技术. 2017(05)
[4]锗衬底表面圆柱形仿生蛾眼抗反射微结构的研制[J]. 董亭亭,付跃刚,陈驰,张磊,马辰昊. 光学学报. 2016(05)
[5]银镜反应制备纳米蛾眼减反结构法[J]. 董晓轩,申溯,陈林森. 光子学报. 2014(07)
[6]非傍轴矢量高斯光束单缝衍射的严格理论[J]. 李建龙,吕百达. 物理学报. 2008(06)
[7]夜蛾趋光行为的本质、规律和导航原理[J]. 陈宁生. 昆虫知识. 1979(05)
博士论文
[1]微纳超材料结构的超分辨成像和超吸收特性的研究[D]. 曹顺.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[2]基于金属结构超表面的新型光学器件的研究[D]. 王维.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于人工超材料与超表面的电磁波调控[D]. 李肃成.苏州大学 2016
硕士论文
[1]硅基薄膜太阳能电池陷光结构的优化研究[D]. 徐慷.安徽理工大学 2018
[2]弱条件稳定的FDTD及其在微波电路中的应用研究[D]. 兰婧.南京航空航天大学 2012
本文编号：3605207
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
显微蛾眼结构
图 2.1 均匀介质层于损耗区域 γ 是复数(复折射率)，反射和透射振幅可以通过电场和磁的切向分量来获得。输入区域与第一层边界处( z = 0)：( )1 1 0 1 11 + R = P + Q exp k γd， ( ) ( ) ( ), 0 1 1 1 0 1 11 expI zj k k R = γ P Q k γd ， 和 层之间的区域(-1z =D )：( ) ( )1 0 1 1 1 0P exp k γ d Q P Q expk γd + = + ， ( ) ( )1 1 0 1 1 1 0γ P exp k γ d Q γ P Q expk γd = ； 一层和输出区域边界之间(Lz = D)：( )0expL L L LP k γd + Q = T， ( ) ( )0 , , 0expL L L L L II z II zγ P k γd Q =j k k k T . 值得注意的是，匹配每个界面的电场和磁场产生两个方程，因此，对匀介质结构，将生成 2 ( L+ 1)个方程。整个方程组可通过求解方程组的标
( )2expnnnx i xπε εΛ = ， 为周期，nε 为光栅介电常数第 n 阶 Fourier 展开系数。结构如图 2.2 所示，光栅脊和光栅槽的各级展开系数可以表示为：( )2 201rd grε = n f + n f， ( )( )( )2 2sin0n rd grn fn n nnπεπ= ≠ . 别为光栅脊的平均介电常数和折射率，nε 和grn分别为光栅槽的平均介率，f 为光栅脊的占空比。一般情况下，金属光栅和非对称光栅的nε 为
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光干涉光刻制备976nm分布反馈式激光器光栅[J]. 白云峰,范杰,邹永刚,王海珠,海一娜,田锟. 激光与光电子学进展. 2017(12)
[2]衍射极限尺度下的亚波长电磁学[J]. 蒲明博,王长涛,王彦钦,罗先刚. 物理学报. 2017(14)
[3]紫外纳米压印技术的研究进展[J]. 殷敏琪,孙洪文,王海滨. 微纳电子技术. 2017(05)
[4]锗衬底表面圆柱形仿生蛾眼抗反射微结构的研制[J]. 董亭亭,付跃刚,陈驰,张磊,马辰昊. 光学学报. 2016(05)
[5]银镜反应制备纳米蛾眼减反结构法[J]. 董晓轩,申溯,陈林森. 光子学报. 2014(07)
[6]非傍轴矢量高斯光束单缝衍射的严格理论[J]. 李建龙,吕百达. 物理学报. 2008(06)
[7]夜蛾趋光行为的本质、规律和导航原理[J]. 陈宁生. 昆虫知识. 1979(05)
博士论文
[1]微纳超材料结构的超分辨成像和超吸收特性的研究[D]. 曹顺.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[2]基于金属结构超表面的新型光学器件的研究[D]. 王维.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于人工超材料与超表面的电磁波调控[D]. 李肃成.苏州大学 2016
硕士论文
[1]硅基薄膜太阳能电池陷光结构的优化研究[D]. 徐慷.安徽理工大学 2018
[2]弱条件稳定的FDTD及其在微波电路中的应用研究[D]. 兰婧.南京航空航天大学 2012
本文编号：3605207
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