基于液晶及表面等離子效應的若干光器件的研究.pdf

1、本文開展了基于液晶及表面等離子效應的若干光器件的研究，研究對象涉及了扭曲向列型液晶寬帶波片、可調(diào)諧法—珀濾波器和基于表面等離子效應的法—珀波導干涉腔、金屬超分辨透鏡、介質(zhì)光柵—金屬平板透射增強器件。 液晶具有晶體的各向異性。利用這個特性，提出了采用兩個級聯(lián)的扭曲向列型液晶盒組成的寬帶波片。通過對兩個液晶盒的盒厚、指向矢的方位角和扭曲角參數(shù)的優(yōu)化，數(shù)值計算的結(jié)果表明設(shè)計后的液晶寬帶波片具有良好的寬帶特性和工藝容差。相對其它類型的寬

2、帶波片，液晶型寬帶波片可以有大的通光口徑。 液晶具有電可調(diào)諧的特性。利用液晶的這個特性，設(shè)計了工作在光通訊Cband上的可調(diào)諧液晶法—珀濾波器。針對由反射鏡的反射相位帶來的器件工作波長和工作電壓飄移的問題，推導了計算四分之一波堆反射鏡反射相位的近似解析公式。結(jié)合在外電場作用下液晶指向矢計算，表明盡管液晶法—珀濾波器干涉腔腔長有微米量級，但是反射鏡反射相位在器件的設(shè)計中仍然不可忽略。 相對液晶法—珀濾波器，基于表面等離子體

3、波的法—珀波導干涉腔具有結(jié)構(gòu)緊湊集成度高的特點。在金屬—介質(zhì)—金屬三層平板波導的介質(zhì)層中加入金屬片作為反射鏡，形成法—珀干涉腔。用時域有限差分方法研究了金屬片厚度對干涉腔特性的影響。由于不同厚度金屬片的反射相位不同，這不僅會影響干涉腔的品質(zhì)因子，而且會導致在同一共振波長的腔長改變。提出采用級聯(lián)結(jié)構(gòu)的法—珀波導干涉腔，在保證高品質(zhì)因子的同時濾去旁瓣透射峰。 在基于表面等離子效應的金屬平板超透鏡的研究中，針對金屬損耗導致的超透鏡分辨

4、率下降的問題，提出了非均勻厚度結(jié)構(gòu)的金屬超透鏡，對各膜層厚度進行了優(yōu)化設(shè)計，改善了成像分辨率。非均勻厚度結(jié)構(gòu)的超透鏡相對單層和周期結(jié)構(gòu)的平板超透鏡，可以激發(fā)更多的表面等離子體波模式，因而有助于提高超透鏡的成像性能。 在基于表面等離子效應的增強透射器件的研究中，主要研究了介質(zhì)光柵—金屬平板結(jié)構(gòu)中光柵參數(shù)對于透射衍射效率的影響。分析結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)的增強透射與金屬平板中對稱和非對稱模式表面等離子體波的激發(fā)有關(guān)，光柵存在一個最優(yōu)結(jié)構(gòu)，在

5、改變?nèi)肷浣菚r能夠分別增強不同衍射級次的透射效率。提出了基于該結(jié)構(gòu)的傳感器模型，它工作在透射模式下。計算結(jié)果表明傳感器具有很高的敏感度。相對金屬光柵，介質(zhì)光柵—金屬薄膜結(jié)構(gòu)對材料的選擇具有較大靈活性，且易于實現(xiàn)集成和陣列化。 介紹了兩項實驗工作。第一項實驗是電子束光刻制作含有亞微米結(jié)構(gòu)的掩模版。對電子束光刻中PMMA厚度、電子束曝光量、顯影時間等參數(shù)對曝光線條的影響做了實驗研究。結(jié)果表明要實現(xiàn)預設(shè)刻蝕線條，PMMA膜層厚度要與線條