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全息深亚波长光栅技术研究

【摘要】:深亚波长光栅周期远小于工作波长,表现出理想偏振特性,利用深亚波长光栅的偏振选择特性,可以制作用于各个波段的的金属光栅偏振器,它的优点有:工作波长可定制;可集成化和小型化;稳定性好等,有着广阔的应用前景。深亚波长光栅掩模主要是采用电子束曝光、X射线光刻等方法制作,这些制作方法的成本高且工艺复杂,影响了金属光栅在各领域大规模应用。相对于使用电子束曝光、X射线光刻等技术制作的光栅掩模,采用全息光刻技术制作光栅掩模具有面积大、制作成本低以及工艺简单等优点。本文对深亚波长光栅制作技术进行了探索,将半导体广泛使用的浸没式光刻与全息光刻结合,采用全息-浸没式光刻制作深亚波长光栅掩模,并将制作的深亚波长光栅掩模应用于可见光波段金属光栅的制作。主要内容包括以下几个方面:(1)介绍了深亚波长光栅的意义以及深亚波长光栅在光偏振领域应用的进展。(2)使用五种不同的光刻胶,对光刻胶特性做了深入的研究,分别制作了周期为575nm、350nm和240nm光刻胶光栅掩模,分析了曝光量、显影时间、光栅周期以及不同的光刻胶对光栅槽形的影响。根据对光刻胶特性的研究,采用浸没全息曝光的方法制作了180nm周期玻璃和金属基底的深亚波长光栅掩模。(3)介绍了在分析金属光栅时经常使用的时域有限差分法(FDTD)理论,并将FDTD理论应用于金属光栅偏振性能的研究,通过仿真给出了应用于可见光波段的金属光栅最佳的光栅结构参数,改进了单层金属光栅的结构,并分析了入射角及工艺误差对金属光栅偏振性能的影响。(4)采用离子束刻蚀和金属沉积技术,分别制作了单层和双层的金属光栅。同时对金属光栅的透过率和消光比进行了测量,并分析了制作工艺对金属光栅偏振性能的影响。

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