亚波长角向偏振金属光栅设计方法与制造技术研究

发布时间：2023-04-02 16:02

　　角向偏振光是指光束横截面上每一点的偏振都为沿切线方向的线偏振的柱对称矢量光。角向偏振光在激光焊接、激光打孔、原子引导、光镊及超分辨成像等领域具有重要应用。采用腔内法产生角向偏振光具有结构简单,光能利用率高等优点。作为腔内法的一种,光栅选模法是指采用角向偏振光栅作为激光器的内腔镜,在激光产生之时直接选取出角向偏振光形成振荡,同时抑制径向偏振光,出射的激光具有较高的偏振纯度。亚波长角向偏振金属光栅,可用于工业级10.6μm二氧化碳激光器,作为谐振腔的后腔镜,通过偏振态的选择性振荡,实现激光器的角向偏振光输出。相比于圆偏振光,其激光加工的效率可提升1.5-4倍。亚波长角向偏振金属光栅的设计,需要考虑使其具备较高的偏振选择特性,工作波段能够覆盖二氧化碳激光器的激发波长。同时,需要研究光栅的加工工艺与质量控制,以保证制作出的光栅能够满足设计指标。然而,目前腔内法所用的角向偏振光栅仍存在偏振选择特性较差,带宽窄,导热性差等问题,制约了角向偏振光的进一步应用。鉴于此,本文通过理论与实验相结合,针对10.6μm波长高功率二氧化碳激光器所用角向偏振光栅,系统地研究了光栅参数设计、结构设计、工艺容差、加工...

【文章页数】：123 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 角向偏振光
        1.2.2 亚波长角向偏振光栅
        1.2.3 亚波长光栅的设计理论及典型结构
    1.3 论文的主要研究内容和结构安排
        1.3.1 论文的主要研究内容
        1.3.2 论文结构安排
第2章 亚波长光栅分析方法
    2.1 引言
    2.2 亚波长光栅偏振特性
        2.2.1 亚波长介质光栅偏振选择特性
        2.2.2 亚波长金属光栅偏振选择特性
    2.3 严格耦合波分析
        2.3.1 单层矩形光栅模型
        2.3.2 多层梯形光栅模型
    2.4 粒子群算法
    2.5 本章小结
第3章 亚波长角向偏振金属光栅设计
    3.1 引言
    3.2 光栅的热效应分析
        3.2.1 导热性与光栅材料的选择
        3.2.2 热膨胀对器件形变的影响
    3.3 基于粒子群的光栅参数优化
        3.3.1 PSO基本流程
        3.3.2 适应度的设定
        3.3.3 速度设定
    3.4 设计结果与分析
        3.4.1 光谱衍射效率分析
        3.4.2 加工容差分析
        3.4.3 算法效率分析
    3.5 设计算法的改进
        3.5.1 惯性权重因子
        3.5.2 基于粒子位置调整惯性权重的分步粒子群算法
        3.5.3 收敛速度与准确性
    3.6 本章小结
第4章 金属光栅的电沉积及其质量控制
    4.1 引言
    4.2 金属光栅沉积高度的控制
        4.2.1 金属电沉积速率
        4.2.2 金属光栅电沉积在线监测
    4.3 金属光栅沉积质量的影响因素
        4.3.1 金属光栅栅条表面粗糙度
        4.3.2 电流密度的影响
        4.3.3 引入超声的金属电沉积
    4.4 本章小结
第5章 亚波长角向偏振金属光栅的制作
    5.1 引言
    5.2 光刻胶光栅的制作
        5.2.1 匀胶参数的确定
        5.2.2 曝光掩模版设计
        5.2.3 烘胶时间、曝光显影参数的确定
    5.3 Au的电沉积
        5.3.1 Au电沉积系统参数
        5.3.2 Au电沉积
        5.3.3 后处理工艺
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3779515