全介質(zhì)亞波長結(jié)構(gòu)能調(diào)制光強、偏振態(tài)和相位,可制作成抗反射元件和超透鏡等。為了降低對刻蝕精度的要求,適用于批量生產(chǎn),提出一種單臺階的二維圓柱形亞波長結(jié)構(gòu)。運用時域有限差分法計算不同半徑圓柱形亞波長結(jié)構(gòu)的等效折射率值,基于等光程原理設(shè)計等效折射率徑向漸變的衍射會聚透鏡,并對衍射會聚透鏡進行仿真。該方法所設(shè)計的衍射透鏡材料的折射率為1.4,微透鏡口徑4μm,在400nm-800nm波段實現(xiàn)光束會聚,最高數(shù)值孔徑約為0.72,將衍射透鏡陣列成集成芯片,其厚度僅為1μm。為了研究亞波長結(jié)構(gòu)對微透鏡成像質(zhì)量的影響,運用時域有限差分方法分別仿真均勻分布的圓柱形亞波長結(jié)構(gòu)、規(guī)則漸變的會聚型圓柱形亞波長結(jié)構(gòu)、規(guī)則漸變的會聚型圓孔形亞波長結(jié)構(gòu)、規(guī)則漸變的發(fā)散型圓孔形亞波長結(jié)構(gòu)對微透鏡成像焦斑大小和焦距的影響。通過分析加工難度和現(xiàn)有的實驗條件,最終選取均勻分布的圓柱形亞波長結(jié)構(gòu)和規(guī)則漸變的會聚型圓孔形亞波長結(jié)構(gòu)進行實驗驗證。運用薄膜理論和等效介質(zhì)折射率理論,對均勻分布的圓柱形亞波長結(jié)構(gòu)的參數(shù)進行設(shè)計,基于嚴(yán)格耦合波理論驗證設(shè)計結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過實驗證明了該結(jié)構(gòu)在可見光波段有良好的增透效果。分別取表面有亞波長... 

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

飛蛾眼睛表面的亞波長結(jié)構(gòu)

圖 1.2 尖頭圓錐體和尖頭、圓頭圓錐體混合亞波長結(jié)構(gòu)2016 年，長春理工大學(xué)付躍剛團隊在鍺襯底表面制作圓柱形亞波長結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)在紅外波段抗反射的能力。雙面制作亞波長結(jié)構(gòu)的情況下得到 8-12μm 范圍內(nèi)的反射率小于 8%[35]。同年，同課題組運用銀膜退火形成的銀顆粒作為掩膜，在石英基底上實現(xiàn)可見光波段的抗反射，單面結(jié)構(gòu)使可見光透過率大于 95%，最高透過率達(dá)到95.5%[36]。2017 年，Jin B 和 He J 等人在二氧化硅小球表面用自組裝的方法得到抗反射結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將雙面玻璃在波長范圍為 400nm 1200nm 的反射率從 8.75%降到 1.88%。并得到了正負(fù) 46°入射角透過率提高的結(jié)果，與垂直入射無結(jié)構(gòu)玻璃相比，透過率提高了4.91%，以 60°入射時透過率提高了 31.9%[5]。2018 年，J.A. Frantz 等人分析了規(guī)則分布和隨機分布的亞波長結(jié)構(gòu)在入射光以不同角度入射時，s 波和 p 波的透過率隨入射光波長變化的規(guī)律。并得出隨機分布亞波長結(jié)構(gòu)相比于規(guī)則分布的亞波長結(jié)構(gòu)對偏振的敏感度更低的結(jié)論，為亞波長抗反射結(jié)構(gòu)偏振特性研究奠定堅實基礎(chǔ)[37]。亞波長結(jié)構(gòu)除了增透之外，還可被用于制作超透鏡等器件。2011 年，Pai-Yen Chen和 AndreaAlu 制作了超薄非線性超分辨成像系統(tǒng)，有亞波長結(jié)構(gòu)的成像系統(tǒng)被證明具

5圖 1.3 圓柱型亞波長結(jié)構(gòu)平面透鏡2015 年，Amir Arbabi 等人設(shè)計、制造和實驗證明了一種可在近紅外范圍內(nèi)使用的超薄、寬帶的半波長相位板等離子體超表面。在 800 nm 帶寬范圍內(nèi)，線偏振光轉(zhuǎn)換效率分別超過 97%和 90%[41]。同年，Amir Arbabi 和 Yu Horie 等人展示了一種基于高對比度介電橢圓納米結(jié)構(gòu)的超表面，這種超表面屬于可控制偏振和相位的亞波長結(jié)構(gòu)，根據(jù)精確的設(shè)計，實驗測量的光能利用率從 72%到 97%不等[42]。2016 年，RobertC. Devlin 等人。以紅、綠、藍(lán)三種波長全息圖的形式展示了一種高性能的全介質(zhì)超表面，光能轉(zhuǎn)換效率大于 78%。采用表面粗糙度小于 1nm 且光學(xué)損耗可以忽略的二氧化鈦的原子層沉積，作為一種制造全介質(zhì)超表面的方法，制造出具有雙折射的各向異性全介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)。該工藝可制作任何高效率的超表面光學(xué)元件，如金屬表面、軸向鏡等[43]。同年 SHUYAN ZHANG 和 MYOUNG-HWAN KIM 等人用圓柱形納米結(jié)構(gòu)制

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]應(yīng)用于微型成像的氮化鎵超透鏡設(shè)計[J]. 金鑫,王淼,周桃飛,曹冰,張桂菊.  光學(xué)精密工程. 2018(12)
[2]平面波透射聚焦超表面結(jié)構(gòu)設(shè)計[J]. 李哲,董連和,孫艷軍,冷雁冰,王麗,胡一楠.  光散射學(xué)報. 2017(02)
[3]鍺襯底表面圓柱形仿生蛾眼抗反射微結(jié)構(gòu)的研制[J]. 董亭亭,付躍剛,陳馳,張磊,馬辰昊.  光學(xué)學(xué)報. 2016(05)
[4]旋轉(zhuǎn)體時域有限差分法對軸對稱亞波長衍射光學(xué)元件的分析[J]. 劉玉玲,盧振武,任智斌,李鳳有,曹召良.  光子學(xué)報. 2003(10)

博士論文
[1]基于人工超材料與超表面的電磁波調(diào)控[D]. 李肅成.蘇州大學(xué) 2016

碩士論文
[1]基于亞波長光柵的新型光伏電池抗反射層研究[D]. 夏慧敏.安徽大學(xué) 2013



本文編號：3465792