柔性偏振相关滤光器件的研究
发布时间：2021-07-06 08:15
相较于传统彩色滤光片,采用亚波长结构的滤光片实现色彩具有低污染、传输效率高、尺寸小等优点,在显示、探测、成像等诸多领域有着潜在的应用前景。但高性能结构器件一旦制造出来,其光学性能通常是静态的或变化缓慢,限制器件的实际应用。而柔性器件本身可弯曲、折叠等性质,在动态展示、柔性传感等领域受到人们关注。本文在这些研究基础上,结合介质型滤光片的优势和微纳器件加工工艺,提出了一种柔性偏振相关的滤光片结构和制备流程:首先,本文简单介绍了亚波长超表面结构对电磁场作用的基本理论和数值计算方法。文中分析了光在亚波长介质型结构表面的传输过程,如广义斯涅尔定律、米氏共振理论,以及介绍了时域有限差分算法。其次,本文仿真并设计了基于米氏共振效应的全介质偏振型彩色滤光片结构。利用FDTD软件仿真分析结构尺寸、周期、高度等参数对器件透射性和偏振特性的影响,综合加工工艺,选定合适的器件结构参数,并探究了滤光片具有偏振性的原因,即电场的分布差异是导致不同偏振模式下透射光谱变化的主要原因。最后,根据仿真设计的滤光片结构,本文进行了柔性偏振型滤光片的制作。基于微纳加工的基本工艺,设计了一种柔性滤光片的制备流程,并完成器件的制...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２硅纳米柱结构示意图及不同直径产生的颜色［１２］??
?１．绪论???Ｔ?ＢＢ?１?ｉ?ｒ?１??Ｓｉｌｉｃｏｎ??ｖ?ｔ?國－?丁??Ｎ．?ｍｍａ?ｉ?ｍｍ??八＿??Ｙ??■Ａ?ｍｔｍ?Ｍ??Ｔ１７５－?Ｍ?，－？＾?－?Ｊ＇＾．．．??▼?■?—！０Ｍ?ｎｎｉ?□?２ｔ（ｉ?？ａｉ?■?Ｎ（，?ｉｉｎｊａａａｊ＊??图１．２硅纳米柱结构示意图及不同直径产生的颜色［１２］??（ａ）?（ｂ）??個??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??图１．３?（ａ）硅纳米孔洞结构示意图（ｂ）?ＲＧＢ透射光谱［１３］??硅材料虽然具有较高的折射率，但相应的米氏散射截面却很小，所产生的结??构颜色仅在暗视野中观察到。同时，硅在可见光范围内具有较强的吸收性，当波??长入小于４５０?ｎｍ时，折射率的虚部随Ｘ的减小而迅速增加。因此，硅材料的米??氏散射体在产生独特的颜色方面也面临着严峻的挑战，特别是对于蓝色和紫色。??中国Ｓｈａｎｇ?Ｓｕｎ等研究者利用Ｔｉ０２材料来制造全电介质彩色滤光片［１４］，结构如??图１．４?（ａ）。它是利用Ｔｉ０２材料在ＩＴＯ?（厚度为１５ｎｍ）涂覆的破璃基板上构建??周期性结构。二氧化纟太的厚度为２００ｎｍ，周期为３００ｎｍ，在波长６３２ｎｍ处，折??射率的实部约为２．２，而虚部的折射率可忽略不计。由于Ｔｉ０２的折射率较低，单??个结构提供的米氏共振效应无法与基底的反射区分开，因此，在明视场显微镜下??难以观察到结构色，通过采用多个结构共同产生米氏共振达到滤光效果。通过调??整结构尺寸，产生的颜色较好地覆盖整个可见光谱范围，如图１．４?（ｂ）所示。结??构的反射光谱半峰全宽（ＦＨＷＭ）约为３０ｎｍ，但反射率最高为６４％，因而在传??输效率方面还以
?浙江大学硕士专业学位论文???（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??ｎ?７０??????—，ｆ?００??ｔｆ〉’．、，濟＊?Ｒ?Ｂ?ｉ?—Ｅｉｐｅｒｕｎｅｎ！??，＊?Ｒ＊！ｉ？ｂｔＭＮｉｆｃｃ?＾?Ａ?—ＳｉｍｏｉａｔｉｏＢ?．?Ｋ〇??＞?？？?＾?５０?Ｉ?气?Ｈａｌｏｇｅｎ?ｌａｍｐ??％?Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??图１．４?（ａ）结构示意图（ｂ）颜色覆盖范围（ｃ）反射谱线Ｍ??Ｉｓｈｗｏｒ?Ｋｏｉｒａｌａ等人提出一种同样是基于Ｔｉ０２材料的全介质彩色滤光片［１５］，??该彩色滤光片实现超过９０％的高透射率，获得高纯度的主减色ＣＭＹ如图１．５（ｂ）??所示，成像中可提供高分辨率和出色的色彩保真度。结构中Ｔｉ０２原子层厚度为??４００ｎｍ，纳米柱的直径与周期的比为０．３５恒定，通过改变直径尺寸可获得可见光??范围内宽泛的鲜艳色彩。该结构通过提高丁１０２介质层的厚度从而提高有效折射率，??更好的实现对光的局域作用，从而提高传输效率，但不可避免的增加了结构尺寸。??（ａ）?（ｂ）??１００?ＦＴ??＾?８０－?＇Ｖ?＂ｃＴ＂??匕?／Ｎ?？?／?■?卜私鉍??匿｜：：圏??４００?？Ｓ０?ＳＯＱ?５ＳＱ?６００?６５０?７００??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?［ｎｍ］?＿??图１．５?（ａ）结构和制备流程示意图（ｂ）主减色ＣＭＹ透射谱［１５】??针对Ｓｉ０２、Ｔｉ０２、聚合物等材料虽然可以提供跨越整个可见光带的透明窗??口，但是本身折射率低，不适合产生高质量的结构色问题，新加坡ＺｈａｏｇａｎｇＤｏｎｇ??等研究员介绍了一种提高共振效率的纳米结构设计［１６］，结构模型如
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于薄膜滤光片的新型可重构光分插复用器[J]. 俞侃,刘文,黄德修,常进. 光学学报. 2008(07)
[2]离子束溅射沉积薄膜技术概述[J]. 郑长波,徐惠敏,杨恒,齐曙光. 实验室科学. 2007(04)
[3]浸没式光刻技术的研究进展[J]. 袁琼雁,王向朝,施伟杰,李小平. 激光与光电子学进展. 2006(08)
博士论文
[1]表面等离子体超分辨光刻装置关键技术研究[D]. 刘明刚.中国科学院光电技术研究所 2017
[2]导模共振可调谐滤光片的设计和制备[D]. 钱林勇.上海理工大学 2016
硕士论文
[1]中红外全介质超表面的制备与表征[D]. 郑菡雨.电子科技大学 2018
[2]基于超表面结构的等离子体偏振器件的研究[D]. 李荣真.合肥工业大学 2016
本文编号：3267876
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２硅纳米柱结构示意图及不同直径产生的颜色［１２］??
?１．绪论???Ｔ?ＢＢ?１?ｉ?ｒ?１??Ｓｉｌｉｃｏｎ??ｖ?ｔ?國－?丁??Ｎ．?ｍｍａ?ｉ?ｍｍ??八＿??Ｙ??■Ａ?ｍｔｍ?Ｍ??Ｔ１７５－?Ｍ?，－？＾?－?Ｊ＇＾．．．??▼?■?—！０Ｍ?ｎｎｉ?□?２ｔ（ｉ?？ａｉ?■?Ｎ（，?ｉｉｎｊａａａｊ＊??图１．２硅纳米柱结构示意图及不同直径产生的颜色［１２］??（ａ）?（ｂ）??個??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??图１．３?（ａ）硅纳米孔洞结构示意图（ｂ）?ＲＧＢ透射光谱［１３］??硅材料虽然具有较高的折射率，但相应的米氏散射截面却很小，所产生的结??构颜色仅在暗视野中观察到。同时，硅在可见光范围内具有较强的吸收性，当波??长入小于４５０?ｎｍ时，折射率的虚部随Ｘ的减小而迅速增加。因此，硅材料的米??氏散射体在产生独特的颜色方面也面临着严峻的挑战，特别是对于蓝色和紫色。??中国Ｓｈａｎｇ?Ｓｕｎ等研究者利用Ｔｉ０２材料来制造全电介质彩色滤光片［１４］，结构如??图１．４?（ａ）。它是利用Ｔｉ０２材料在ＩＴＯ?（厚度为１５ｎｍ）涂覆的破璃基板上构建??周期性结构。二氧化纟太的厚度为２００ｎｍ，周期为３００ｎｍ，在波长６３２ｎｍ处，折??射率的实部约为２．２，而虚部的折射率可忽略不计。由于Ｔｉ０２的折射率较低，单??个结构提供的米氏共振效应无法与基底的反射区分开，因此，在明视场显微镜下??难以观察到结构色，通过采用多个结构共同产生米氏共振达到滤光效果。通过调??整结构尺寸，产生的颜色较好地覆盖整个可见光谱范围，如图１．４?（ｂ）所示。结??构的反射光谱半峰全宽（ＦＨＷＭ）约为３０ｎｍ，但反射率最高为６４％，因而在传??输效率方面还以
?浙江大学硕士专业学位论文???（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??ｎ?７０??????—，ｆ?００??ｔｆ〉’．、，濟＊?Ｒ?Ｂ?ｉ?—Ｅｉｐｅｒｕｎｅｎ！??，＊?Ｒ＊！ｉ？ｂｔＭＮｉｆｃｃ?＾?Ａ?—ＳｉｍｏｉａｔｉｏＢ?．?Ｋ〇??＞?？？?＾?５０?Ｉ?气?Ｈａｌｏｇｅｎ?ｌａｍｐ??％?Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??图１．４?（ａ）结构示意图（ｂ）颜色覆盖范围（ｃ）反射谱线Ｍ??Ｉｓｈｗｏｒ?Ｋｏｉｒａｌａ等人提出一种同样是基于Ｔｉ０２材料的全介质彩色滤光片［１５］，??该彩色滤光片实现超过９０％的高透射率，获得高纯度的主减色ＣＭＹ如图１．５（ｂ）??所示，成像中可提供高分辨率和出色的色彩保真度。结构中Ｔｉ０２原子层厚度为??４００ｎｍ，纳米柱的直径与周期的比为０．３５恒定，通过改变直径尺寸可获得可见光??范围内宽泛的鲜艳色彩。该结构通过提高丁１０２介质层的厚度从而提高有效折射率，??更好的实现对光的局域作用，从而提高传输效率，但不可避免的增加了结构尺寸。??（ａ）?（ｂ）??１００?ＦＴ??＾?８０－?＇Ｖ?＂ｃＴ＂??匕?／Ｎ?？?／?■?卜私鉍??匿｜：：圏??４００?？Ｓ０?ＳＯＱ?５ＳＱ?６００?６５０?７００??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?［ｎｍ］?＿??图１．５?（ａ）结构和制备流程示意图（ｂ）主减色ＣＭＹ透射谱［１５】??针对Ｓｉ０２、Ｔｉ０２、聚合物等材料虽然可以提供跨越整个可见光带的透明窗??口，但是本身折射率低，不适合产生高质量的结构色问题，新加坡ＺｈａｏｇａｎｇＤｏｎｇ??等研究员介绍了一种提高共振效率的纳米结构设计［１６］，结构模型如
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于薄膜滤光片的新型可重构光分插复用器[J]. 俞侃,刘文,黄德修,常进. 光学学报. 2008(07)
[2]离子束溅射沉积薄膜技术概述[J]. 郑长波,徐惠敏,杨恒,齐曙光. 实验室科学. 2007(04)
[3]浸没式光刻技术的研究进展[J]. 袁琼雁,王向朝,施伟杰,李小平. 激光与光电子学进展. 2006(08)
博士论文
[1]表面等离子体超分辨光刻装置关键技术研究[D]. 刘明刚.中国科学院光电技术研究所 2017
[2]导模共振可调谐滤光片的设计和制备[D]. 钱林勇.上海理工大学 2016
硕士论文
[1]中红外全介质超表面的制备与表征[D]. 郑菡雨.电子科技大学 2018
[2]基于超表面结构的等离子体偏振器件的研究[D]. 李荣真.合肥工业大学 2016
本文编号：3267876
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