亚波长嵌入式正弦结构三色光变器研究

发布时间：2022-08-13 13:37

　　由于目前亚波长二元矩形结构在光学防伪应用方面存在防伪性能有待提升、制作困难导致的性能劣化等问题。本文围绕亚波长光学防伪器件理论设计及其应用展开研究,结合严格耦合波理论、等效介质理论与全局优化算法,提出一维简单周期正弦结构实现自然光入射下方位角调节的高衍射效率三色光变防伪功能。研究表明,本文提出的一维简单周期正弦结构实现了自然光入射下的方位角调节的高衍射效率三色光变,并可运用产业通用的全息曝光技术进行结构制作,在光变图像防伪领域有重要应用。本文的主要研究内容如下:1.建立了正弦结构与矩形结构三色光变器的等效关系。使用RCWA法推导了嵌入式亚波长一维单周期结构零级反射效率的求解矩阵,并通过等效折射率理论建立了正弦结构与矩形结构的等效关系;2.设计了嵌入式亚波长正弦结构三色光变器。根据三色光变器的设计目标,确定优化变量,建立科学的评价函数,初始化设计参数后运用遗传优化算法进行优化,并结合等效介质理论,最终设计了一种嵌入式亚波长正弦结构三色光变器。在自然光以45°角入射该器件时,在三个不同的方位角上获得了相应的红、绿、蓝光反射峰输出,此时各波段TE、TM模衍射效率同时达到最大值,红、绿、蓝三色... 

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 亚波长光学元件研究进展
        1.1.1 矩形亚波长结构研究现状及其存在问题
        1.1.2 非矩形亚波长结构研究进展
    1.2 课题来源、论文的主要研究内容、结构及创新点
        1.2.1 课题的来源
        1.2.2 本论文的研究内容以及研究方案
        1.2.3 本论文的结构
        1.2.4 论文的创新点
第2章 正弦面型亚波长光栅设计的理论基础
    2.1 标量衍射理论及其局限性
    2.2 严格耦合波分析法（RCWA）简述
        2.2.1 基于嵌入式亚波长矩形结构的RCWA分析
        2.2.2 任意面型及多层结构光栅RCWA法复杂性分析
    2.3 等效介质理论
        2.3.1 等效介质理论概述
        2.3.2 亚波长矩形结构等效折射率计算
        2.3.3 亚波长正弦结构等效折射率计算
    2.4 遗传优化算法
    2.5 本章小结
第3章 嵌入式正弦结构亚波长三色光变器设计
    3.1 正弦结构等效矩形结构可行性分析
        3.1.1 正弦面型替代矩形面型机制
        3.1.2 正弦结构替代矩形结构衍射效率数值验证
    3.2 嵌入式正弦结构亚波长光栅的设计原理
        3.2.1 亚波长嵌入式矩形结构与亚波长嵌入式正弦结构建模
        3.2.2 光栅结构参数条件以及优化变量确定
        3.2.3 评价函数的构建
    3.3 基于矩形结构三色光变器设计程序实现
        3.3.1 衍射效率运算模块的设计
        3.3.2 评价函数模块的设计
        3.3.3 遗传算法模块及其重要参数设置
        3.3.4 评价函数中权重因子的影响
    3.4 嵌入式亚波长正弦结构三色光变器设计
        3.4.1 嵌入式矩形结构亚波长三色光变器设计结果
        3.4.2 嵌入式正弦结构亚波长三色光变器等效矩形结构
        3.4.3 正弦结构三色光变器性能分析
    3.5 本章小结
第4章 嵌入式正弦结构亚波长三色光变器冗余度分析
    4.1 冗余度分析参数的选择
    4.2 正弦光栅周期的冗余度分析
    4.3 正弦光栅刻蚀深度的冗余度分析
    4.4 正弦光栅镀膜厚度的冗余度分析
    4.5 入射角度的冗余度分析
    4.6 本章小结
第5章 三色光变器母版的制作
    5.1 三色光变器制作的工艺流程
    5.2 全息光刻技术的工艺简介
    5.3 双光束干涉光刻及实验装置搭建
    5.4 双光束干涉光刻实验过程以及结果
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 论文的主要研究成果
    6.2 未来研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果



本文编号：3677135