基于液晶及表面等離子效應(yīng)的若干光器件的研究.pdf

1、本文開(kāi)展了基于液晶及表面等離子效應(yīng)的若干光器件的研究，研究對(duì)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(yīng)的法—珀波導(dǎo)干涉腔、金屬超分辨透鏡、介質(zhì)光柵—金屬平板透射增強(qiáng)器件。 液晶具有晶體的各向異性。利用這個(gè)特性，提出了采用兩個(gè)級(jí)聯(lián)的扭曲向列型液晶盒組成的寬帶波片。通過(guò)對(duì)兩個(gè)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(jì)算的結(jié)果表明設(shè)計(jì)后的液晶寬帶波片具有良好的寬帶特性和工藝容差。相對(duì)其它類(lèi)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(gè)特性，設(shè)計(jì)了工作在光通訊Cband上的可調(diào)諧液晶法—珀濾波器。針對(duì)由反射鏡的反射相位帶來(lái)的器件工作波長(zhǎng)和工作電壓飄移的問(wèn)題，推導(dǎo)了計(jì)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(chǎng)作用下液晶指向矢計(jì)算，表明盡管液晶法—珀濾波器干涉腔腔長(zhǎng)有微米量級(jí)，但是反射鏡反射相位在器件的設(shè)計(jì)中仍然不可忽略。 相對(duì)液晶法—珀濾波器，基于表面等離子體

3、波的法—珀波導(dǎo)干涉腔具有結(jié)構(gòu)緊湊集成度高的特點(diǎn)。在金屬—介質(zhì)—金屬三層平板波導(dǎo)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(shí)域有限差分方法研究了金屬片厚度對(duì)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(huì)影響干涉腔的品質(zhì)因子，而且會(huì)導(dǎo)致在同一共振波長(zhǎng)的腔長(zhǎng)改變。提出采用級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的法—珀波導(dǎo)干涉腔，在保證高品質(zhì)因子的同時(shí)濾去旁瓣透射峰。 在基于表面等離子效應(yīng)的金屬平板超透鏡的研究中，針對(duì)金屬損耗導(dǎo)致的超透鏡分辨

4、率下降的問(wèn)題，提出了非均勻厚度結(jié)構(gòu)的金屬超透鏡，對(duì)各膜層厚度進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善了成像分辨率。非均勻厚度結(jié)構(gòu)的超透鏡相對(duì)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(yīng)的增強(qiáng)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(duì)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(qiáng)透射與金屬平板中對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)模式表面等離子體波的激發(fā)有關(guān)，光柵存在一個(gè)最優(yōu)結(jié)構(gòu)，在

5、改變?nèi)肷浣菚r(shí)能夠分別增強(qiáng)不同衍射級(jí)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(jì)算結(jié)果表明傳感器具有很高的敏感度。相對(duì)金屬光柵，介質(zhì)光柵—金屬薄膜結(jié)構(gòu)對(duì)材料的選擇具有較大靈活性，且易于實(shí)現(xiàn)集成和陣列化。 介紹了兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工作。第一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是電子束光刻制作含有亞微米結(jié)構(gòu)的掩模版。對(duì)電子束光刻中PMMA厚度、電子束曝光量、顯影時(shí)間等參數(shù)對(duì)曝光線(xiàn)條的影響做了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明要實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)刻蝕線(xiàn)條，PMMA膜層厚度要與線(xiàn)條