亚波长金属结构的表面等离子全息研究

发布时间：2017-08-07 20:23

  本文关键词：亚波长金属结构的表面等离子全息研究

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【摘要】：全息术是利用光的干涉和衍射原理,记录并再现物体强度和相位的一种“拍照”技术。浮雕型全息图的特征是表面具有微结构,能够真实再现三维图像。全息防伪是基于激光全息术发展起来的一种防伪方式。但近年来,基于模压工艺的浮雕型全息图容易被仿制,技术门槛低,因此在某种意义上说,全息防伪已经失去了其防伪的功能。据此我们将全息微结构进一步缩小,提出了一种基于亚波长金属结构的表面等离子全息(Plasmonic hologram,PHG)。通过在传统的全息微结构中嵌入周期性的亚波长金属结构,不仅能够提高全息图的衍射效率,还可以实现全息图的偏振选择性。通过和小巧轻便的偏振片结合,可以为全息防伪提供一条有力的判据,进而提高全息图的防伪性能。本文以实验为基础并结合理论分析针对PHG开展了比较深入的研究工作。首先,我们探索了PHG的制备工艺,采用了透射型全息制备光路,在制备介质全息的基础上,通过金属镀膜实现了周期性亚波长金属结构的嵌入。通过研究并比较了不同偏振态光源在PHG上的衍射、反射、透射和吸收特性,发现相比普通介质全息,PHG进一步扩大了TM和TE偏振光全息再现图的差异。然后,利用金属-介质-金属(MIM)波导模型和严格耦合波分析,进一步阐述了表面等离子的偏振特性。研究发现,金属纳米光栅的空气狭缝可以使TM偏振光超越衍射极限进入,使得全息再现一直存在;而令TE偏振光被截止,从而无法衍射产生全息再现光。最后,利用严格耦合波仿真软件对金属纳米光栅的结构参数进行优化,发现针对不同光波波长,需要分别优化狭缝宽度、介质光栅高度和金属膜厚,使表面等离子全息达到最佳的偏振选择效果。基于PHG的偏振特性,除了在全息防伪获得广泛的应用外,也可以结合液晶材料在三维动态全息显示领域得到应用。
【关键词】：全息 偏振 表面等离子体 金属-介质-金属波导
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN26
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 研究背景12-15
• 1.1.1 全息成像概述12-13
• 1.1.2 表面等离子体概述13-14
• 1.1.3 金属-介质-金属波导概述14-15
• 1.2 表面等离子全息的研究现状15-16
• 1.3 本论文所要解决的问题16-17
• 第二章 表面等离子全息制备工艺的研究17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 全息成像原理17-19
• 2.3 全息图条纹干涉的分布特点19-21
• 2.4 等离子全息图的制备21-26
• 2.5 表面等离子全息图的形貌表征26-28
• 2.6 本章小结28-30
• 第三章 表面等离子全息的测试与特性研究30-40
• 3.1 引言30
• 3.2 表面等离子全息图的再现30-34
• 3.2.1 激光再现30-32
• 3.2.2 白光再现32-34
• 3.3 表面等离子全息图的特性测量34-38
• 3.3.1 等离子全息再现图像的对比度34
• 3.3.2 表面等离子全息图的光谱测试34-37
• 3.3.3 表面等离子全息图的偏振测试37-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第四章 表面等离子全息特性的理论分析40-62
• 4.1 引言40
• 4.2 表面等离子全息的模型研究40-45
• 4.2.1 金属-介质-金属波导的理论分析40-42
• 4.2.2 PHG偏振选择性的理论分析42-45
• 4.3 DiffractMOD仿真结果45-53
• 4.3.1 Rsoft DiffractMOD软件介绍45
• 4.3.2 严格耦合波分析简介45-50
• 4.3.3 PHG等效模型分析50-53
• 4.4 影响金属纳米光栅偏振选择性的影响因素53-60
• 4.4.1 入射光角度53-56
• 4.4.2 狭缝宽度56-57
• 4.4.3 金属铝膜厚度57-59
• 4.4.4 光栅介质高度59-60
• 4.5 本章小结60-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 5.1 主要工作与创新点62
• 5.2 后续研究工作62-64
• 参考文献64-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文67-69

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本文编号：636546