聚合物光栅的制作及衍射性质分析

发布时间：2017-08-14 19:23

  本文关键词：聚合物光栅的制作及衍射性质分析

  更多相关文章： 微光学元件 聚合物光栅 数字光刻技术 衍射特性

【摘要】：光栅是光学研究中一种常见的光学元件,在光学测量、光信息处理、光学传感、光通信、光互连等领域中已被广泛使用。由于受到环境的温度、湿度及电磁等外界因素的影响,在工作过程中光栅结构容易发生变化,性能会有不稳定甚至降低的表现。为了使光栅元件或包含有光栅元件的器件对环境有更强的适应性,扩展其应用范围,提高其工作性能,且聚合物材料具有热、电光耦合系数高,介电常数低,质量轻,制作工艺简单等诸多方面的优点,聚合物光栅已经成为研究热点。本课题基于数字掩模光刻系统,使用聚合物光学材料,分别制作出了聚合物SU-8平面二元相位光栅和聚合物PDMS柔性矩形光栅。这两种光栅在衍射过程中将会表现出不同的衍射性质,本文分别从理论和实验两方面对这两种聚合物光栅的衍射性质进行了分析,得到不同结构的聚合物光栅的在不同条件下所表现出的衍射性质。本文首先介绍了衍射光栅的结构和性质,对衍射光栅的应用进行了概述,描述了亚波长光栅在工作过程的共振异常现象,并讨论了衍射光栅制作技术的国内外研究进展。接着,将光敏聚合物折射率随着曝光剂量改变的特点与数字掩模光学系统能灵活调节曝光剂量的优点结合,本文提出了折射率调制的聚合物平面二元相位光栅结构,并基于标量衍射理论和角谱理论,从理论上研究了聚合物平面二元相位光栅在的衍射效率。并使用严格耦合波理论分析了单层及双层亚波长聚合物光栅的导模共振特性。最后,基于数字光刻技术分别制作出了聚合物SU-8平面二元相位光栅以及光刻胶矩形光栅。以及基于软膜复制技术在光刻胶矩形光栅上复制出了PDMS可调谐矩形光栅。通过搭建衍射光路装置,对已制作出的聚合物光栅进行衍射实验,利用装置从实验上探究几种不同周期及不同结构的聚合物光栅的衍射效果。
【关键词】：微光学元件 聚合物光栅 数字光刻技术 衍射特性
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN25
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-15
• 1.1 衍射光栅概述7-11
• 1.1.1 光栅的结构7-9
• 1.1.2 亚波长光栅理论研究概述9-10
• 1.1.3 光栅的透射现象10-11
• 1.2 光栅中的共振异常11-12
• 1.2.1 亚波长中的导模共振异常11-12
• 1.2.2 金属光栅的表面等离子体共振12
• 1.3 光栅的制作工艺研究进展12-14
• 1.4 本文研究内容14-15
• 第2章 聚合物衍射光栅的衍射性质分析15-38
• 2.1 聚合物平面二元相位光栅的标量衍射理论分析15-20
• 2.1.1 模型15-17
• 2.1.2 衍射性质分析17-20
• 2.2 聚合物亚波长光栅的矢量衍射理论分析20-23
• 2.2.1 结构模型及亚波长光栅层的等效介质描述20-21
• 2.2.2 波导光栅薄膜的导模共振21-23
• 2.3 单层波导光栅计算实例23-30
• 2.3.1 弱调制度光栅23-27
• 2.3.2 强调制度光栅27-30
• 2.4 一维介质亚波长光栅衍射的偏振特性30-32
• 2.5 双层亚波长光栅导模共振模拟32-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第3章 聚合物光栅的制作工艺38-55
• 3.1 基于数字掩模光刻技术平面聚合物二元相位光栅的制作38-47
• 3.1.1 制作工艺流程39-43
• 3.1.2 白光干涉轮廓仪表征43-47
• 3.2 基于数字掩模光刻技术可调谐光栅的制作47-54
• 3.2.1 制作工艺流程47-49
• 3.2.2 白光干涉轮廓仪表征49-52
• 3.2.3 PDMS亚波长光栅的复制52-54
• 3.3 本章小结54-55
• 第4章 聚合物光栅的衍射性质研究55-61
• 4.1 聚合物二元相位光栅的衍射性质测试55-56
• 4.2 PDMS柔性光栅的衍射性质测试56-60
• 4.2.1 应力测试实验56-58
• 4.2.2 衍射实验58-60
• 4.3 本章小结60-61
• 第5章 总结与展望61-63
• 5.1 总结61-62
• 5.2 展望62-63
• 参考文献63-68
• 硕士期间发表的论文68-69
• 致谢69

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本文编号：674312