亚波长结构对微透镜成像质量研究
发布时间：2021-10-30 01:40
全介质亚波长结构能调制光强、偏振态和相位,可制作成抗反射元件和超透镜等。为了降低对刻蚀精度的要求,适用于批量生产,提出一种单台阶的二维圆柱形亚波长结构。运用时域有限差分法计算不同半径圆柱形亚波长结构的等效折射率值,基于等光程原理设计等效折射率径向渐变的衍射会聚透镜,并对衍射会聚透镜进行仿真。该方法所设计的衍射透镜材料的折射率为1.4,微透镜口径4μm,在400nm-800nm波段实现光束会聚,最高数值孔径约为0.72,将衍射透镜阵列成集成芯片,其厚度仅为1μm。为了研究亚波长结构对微透镜成像质量的影响,运用时域有限差分方法分别仿真均匀分布的圆柱形亚波长结构、规则渐变的会聚型圆柱形亚波长结构、规则渐变的会聚型圆孔形亚波长结构、规则渐变的发散型圆孔形亚波长结构对微透镜成像焦斑大小和焦距的影响。通过分析加工难度和现有的实验条件,最终选取均匀分布的圆柱形亚波长结构和规则渐变的会聚型圆孔形亚波长结构进行实验验证。运用薄膜理论和等效介质折射率理论,对均匀分布的圆柱形亚波长结构的参数进行设计,基于严格耦合波理论验证设计结果的准确性。通过实验证明了该结构在可见光波段有良好的增透效果。分别取表面有亚波长...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
飞蛾眼睛表面的亚波长结构
图 1.2 尖头圆锥体和尖头、圆头圆锥体混合亚波长结构2016 年，长春理工大学付跃刚团队在锗衬底表面制作圆柱形亚波长结构，提高结构在红外波段抗反射的能力。双面制作亚波长结构的情况下得到 8-12μm 范围内的反射率小于 8%[35]。同年，同课题组运用银膜退火形成的银颗粒作为掩膜，在石英基底上实现可见光波段的抗反射，单面结构使可见光透过率大于 95%，最高透过率达到95.5%[36]。2017 年，Jin B 和 He J 等人在二氧化硅小球表面用自组装的方法得到抗反射结构，该结构将双面玻璃在波长范围为 400nm 1200nm 的反射率从 8.75%降到 1.88%。并得到了正负 46°入射角透过率提高的结果，与垂直入射无结构玻璃相比，透过率提高了4.91%，以 60°入射时透过率提高了 31.9%[5]。2018 年，J.A. Frantz 等人分析了规则分布和随机分布的亚波长结构在入射光以不同角度入射时，s 波和 p 波的透过率随入射光波长变化的规律。并得出随机分布亚波长结构相比于规则分布的亚波长结构对偏振的敏感度更低的结论，为亚波长抗反射结构偏振特性研究奠定坚实基础[37]。亚波长结构除了增透之外，还可被用于制作超透镜等器件。2011 年，Pai-Yen Chen和 AndreaAlu 制作了超薄非线性超分辨成像系统，有亚波长结构的成像系统被证明具
5图 1.3 圆柱型亚波长结构平面透镜2015 年，Amir Arbabi 等人设计、制造和实验证明了一种可在近红外范围内使用的超薄、宽带的半波长相位板等离子体超表面。在 800 nm 带宽范围内，线偏振光转换效率分别超过 97%和 90%[41]。同年，Amir Arbabi 和 Yu Horie 等人展示了一种基于高对比度介电椭圆纳米结构的超表面，这种超表面属于可控制偏振和相位的亚波长结构，根据精确的设计，实验测量的光能利用率从 72%到 97%不等[42]。2016 年，RobertC. Devlin 等人。以红、绿、蓝三种波长全息图的形式展示了一种高性能的全介质超表面，光能转换效率大于 78%。采用表面粗糙度小于 1nm 且光学损耗可以忽略的二氧化钛的原子层沉积，作为一种制造全介质超表面的方法，制造出具有双折射的各向异性全介质纳米结构。该工艺可制作任何高效率的超表面光学元件，如金属表面、轴向镜等[43]。同年 SHUYAN ZHANG 和 MYOUNG-HWAN KIM 等人用圆柱形纳米结构制
【参考文献】：
期刊论文
[1]应用于微型成像的氮化镓超透镜设计[J]. 金鑫,王淼,周桃飞,曹冰,张桂菊. 光学精密工程. 2018(12)
[2]平面波透射聚焦超表面结构设计[J]. 李哲,董连和,孙艳军,冷雁冰,王丽,胡一楠. 光散射学报. 2017(02)
[3]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)
[4]旋转体时域有限差分法对轴对称亚波长衍射光学元件的分析[J]. 刘玉玲,卢振武,任智斌,李凤有,曹召良. 光子学报. 2003(10)
博士论文
[1]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]基于亚波长光栅的新型光伏电池抗反射层研究[D]. 夏慧敏.安徽大学 2013
本文编号：3465792
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
飞蛾眼睛表面的亚波长结构
图 1.2 尖头圆锥体和尖头、圆头圆锥体混合亚波长结构2016 年，长春理工大学付跃刚团队在锗衬底表面制作圆柱形亚波长结构，提高结构在红外波段抗反射的能力。双面制作亚波长结构的情况下得到 8-12μm 范围内的反射率小于 8%[35]。同年，同课题组运用银膜退火形成的银颗粒作为掩膜，在石英基底上实现可见光波段的抗反射，单面结构使可见光透过率大于 95%，最高透过率达到95.5%[36]。2017 年，Jin B 和 He J 等人在二氧化硅小球表面用自组装的方法得到抗反射结构，该结构将双面玻璃在波长范围为 400nm 1200nm 的反射率从 8.75%降到 1.88%。并得到了正负 46°入射角透过率提高的结果，与垂直入射无结构玻璃相比，透过率提高了4.91%，以 60°入射时透过率提高了 31.9%[5]。2018 年，J.A. Frantz 等人分析了规则分布和随机分布的亚波长结构在入射光以不同角度入射时，s 波和 p 波的透过率随入射光波长变化的规律。并得出随机分布亚波长结构相比于规则分布的亚波长结构对偏振的敏感度更低的结论，为亚波长抗反射结构偏振特性研究奠定坚实基础[37]。亚波长结构除了增透之外，还可被用于制作超透镜等器件。2011 年，Pai-Yen Chen和 AndreaAlu 制作了超薄非线性超分辨成像系统，有亚波长结构的成像系统被证明具
5图 1.3 圆柱型亚波长结构平面透镜2015 年，Amir Arbabi 等人设计、制造和实验证明了一种可在近红外范围内使用的超薄、宽带的半波长相位板等离子体超表面。在 800 nm 带宽范围内，线偏振光转换效率分别超过 97%和 90%[41]。同年，Amir Arbabi 和 Yu Horie 等人展示了一种基于高对比度介电椭圆纳米结构的超表面，这种超表面属于可控制偏振和相位的亚波长结构，根据精确的设计，实验测量的光能利用率从 72%到 97%不等[42]。2016 年，RobertC. Devlin 等人。以红、绿、蓝三种波长全息图的形式展示了一种高性能的全介质超表面，光能转换效率大于 78%。采用表面粗糙度小于 1nm 且光学损耗可以忽略的二氧化钛的原子层沉积，作为一种制造全介质超表面的方法，制造出具有双折射的各向异性全介质纳米结构。该工艺可制作任何高效率的超表面光学元件，如金属表面、轴向镜等[43]。同年 SHUYAN ZHANG 和 MYOUNG-HWAN KIM 等人用圆柱形纳米结构制
【参考文献】：
期刊论文
[1]应用于微型成像的氮化镓超透镜设计[J]. 金鑫,王淼,周桃飞,曹冰,张桂菊. 光学精密工程. 2018(12)
[2]平面波透射聚焦超表面结构设计[J]. 李哲,董连和,孙艳军,冷雁冰,王丽,胡一楠. 光散射学报. 2017(02)
[3]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)
[4]旋转体时域有限差分法对轴对称亚波长衍射光学元件的分析[J]. 刘玉玲,卢振武,任智斌,李凤有,曹召良. 光子学报. 2003(10)
博士论文
[1]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]基于亚波长光栅的新型光伏电池抗反射层研究[D]. 夏慧敏.安徽大学 2013
本文编号：3465792
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