亚波长纳米结构宽波段抗反射特性

研究了玻璃(折射率n=1.52)表面周期性台阶结构的宽波段抗反射特性.利用等效媒质理论,对单台阶和二台阶结构进行了参数设计,并用严格耦合波理论对设计的台阶结构进行了入射光波长、入射角的反射效率、反射级次特性分析计算.研究结果表明:当亚波长纳米结构的周期低于周期阈值时,随着入射波长的增加只有零级衍射;台阶层数的增加,可增...     

亚波长结构的抗反射特性三维TLM方法模拟

传输线矩阵(Transmission line matrix,以下简称TLM)方法,根据场方程和传输线方程之间的相似性,用等效分布传输线网络模拟给定结构,在时间和空间上进行离散化,是一种强有力的三维时域电磁场数值仿真算法.简要介绍三维扩展型结点TLM方法的模型、激励源和边界条件,并使用该方法对亚波长结构的抗反射特性进行模拟研究,为进一步深入探讨该结构的抗反射特性、进行优化设计提供依据.     

亚波长浮雕结构的红外抗反射研究

基于等效媒质理论,对周期性浮雕结构的抗反射特性进行了分析和研究。给出了二维对称的抗反射浮雕结构等效光学参数的估算方法。提出了基于最小特征尺寸考虑的脊基和隙空的设计概念。利用离子束刻蚀工艺技术,在Si片上制备了一种两维红外抗反射浮雕图案。测试结果表明,这种表面结构像单层抗反射膜一样,具有很好的增透效果,表面结构的等效折射率相当于镀层材料折射率,而刻蚀深度则相当于镀层的1／4波长厚度。     

抗反射亚波长光栅的特性研究

利用矢量衍射理论的数值求解方法,研究了亚波长光栅结构参数对反射率的影响,特别是基底厚度对反射率的影响,这些为设计和制作具有优良的抗反射性能的二元光学元件提供了设计依据.     

蓝宝石红外窗口抗反射浮雕结构研究

采用相应技术,在红外材料表面制成的亚波长浮雕结构能实现红外波段的减反功能.在恶劣环境中,红外窗口采用该结构代替红外减反膜能够提高其抗蚀、抗冲击等性能.通过等效媒质理论设计亚波长浮雕单元结构,采用光刻及离子蚀刻方法完成蓝宝石材料表面浮雕结构制作,经测试红外透过率整体提高大约10%.经分析,浮雕结构的周期、占空比、单元深度等因素都对减反结果影响很大.     

用X光光刻法制备亚波长抗反射结构

为了提高太阳电池的转换效果,降低反射光栅的偏振敏感性,开发了一种新的抗反射结构的微细加工技术.首先用X光光刻在PMMA光刻胶上得到相应的亚微米级的线宽图形,再利用显影技术获得了高深宽比的立体亚波长纳米结构,即抗反射结构.设计了适用于可见光波段的二维亚波长抗反射光栅,用X光光刻制作工艺在硅衬底上进行了实验制备.用此纳米加工技术获得了线宽为150 nm、高度约为450 nm(即深宽比为3.O)的PMMA减反射结构.同时还优化了曝光近接间隔、曝光剂量、显影时间等X光光刻参数.     

硅表面太赫兹抗反射亚波长结构设计

亚波长结构是特征尺寸小于工作波长的连续阵列浮雕结构,可看成是一层折射率均匀的介质层,仅存在零级的透射和反射衍射。基于等效介质理论和严格耦合波理论介绍了亚波长抗反射结构。为提高111μm波长太赫兹辐射(2.7THz)的透过率,在硅表面设计了亚波长抗反射结构。该结构的透射率和反射率由其浮雕结构的周期、高度和占空比确定。利用等效介质理论和严格耦合波理论对其结构参数进行了优化设计。当周期为27μm、高度为13μm、占空比为0.75时,得到了99.05%的太赫兹辐射透过率。     

二维抗光反射亚波长周期结构的分析与实现

与传统光学抗反射膜相比, 二维抗反射亚波长周期结构可以通过调整结构尺寸、周期等参数调节整个结构的等效折射率分布, 从而达到更好的抗光反射效果。通过基于有限元方法的电磁场全波分析方法, 对纳米球形亚波长周期结构进行了深入的分析, 研究了纳米球尺寸和周期等结构参数对反射率的影响。使用溶胶-凝胶法制备了不同尺寸的二氧化硅球形纳米颗粒, 并制成密排球形颗粒样品。反射率测量实验表明该样品在可见光和红外波段具有良好的抗反射性能。并在理论计算和实验验证的基础上, 给出了一种可行的密排球形亚波长抗反射表面的设计方法。     

亚波长浮雕结构的红外抗反射研究

基于等效媒质理论,对周期性浮雕结构的抗反射特性进行了分析和研究．给出了二维对称的抗反射浮雕结构等效光学参数的估算方法．提出了基于最小特征尺寸考虑的脊基和隙空的设计概念．利用离子束刻蚀工艺技术,在Si片上制备了一种两维红外抗反射浮雕图案．测试结果表明,这种表面结构像单层抗反射膜一样,具有很好的增透效果,表面结构的等效折射率相当于镀层材料折射率,而刘蚀深度则相当于镀层的1／4波长厚度．     

亚波长结构二元衍射微透镜的设计方法

分析了基于标量衍射理论的位相型衍射微透镜的光学行为,结合等效媒质理论提出了二元衍射微透镜的一种新的亚波长结构近似设计方法。根据标量理论位相量化的概念,分析连续浮雕透镜的相移函数,结合等效媒质理论的等效折射率表达式,可以确定亚波长结构透镜的面型函数。     

红外30μm亚波长抗反射光栅的制作

利用严格耦合波理论设计出亚波长抗反射光栅,并通过等离子体辅助刻蚀制作出了立方状抗反抗光栅．测量结果发现该光栅具有良好的增透特性,并且测得光栅参数和理论设计参数基本一致,表明等离子体辅助刻蚀是制作深光栅的有效方法．对实验结果进行了分析和讨论,结果表明,临界周期点随折射率的变化规律在亚波长抗反射光栅的制作中有重要的作用．     

二元衍射微透镜的亚波长结构设计方法

本文结合标量衍射理论和等效媒质理论提出了二元衍射微透镜的亚波长设计新方法,根据标量理论位相量化的概念,分析连续浮雕透镜的相移函数,结合等效媒介理论的等效折射率表达方式,可以确定亚波长结构透镜的面型函数。     

基于反射会聚的亚波长光栅多路功分器

针对目前可实现多路分光的亚波长光栅功分器层 数多不容易制备、无法平均分束的 问题,本文设计了一种基于光束反射会聚的单层亚波长光栅功分器,可实现多束分光且便于 制备。通过严格耦合波理论与波前相位控制理论,设计了四个完全相同的可实现光束会聚的 亚波长光栅,接着将四个亚波长光栅依次紧密拼接进而获得了四路功分器。基于有限元软件 COMSOL对设计的器件进行仿真分析,结果表明该器件可以将一束波长为1550 nm的TM入射光分 成四束,每束光的功率都相等,且都能实现反射会聚。因此基于波前相位控制原理设计的功 分器不仅能实现多束平均分光,还能使每束光都实现了会聚,从而有效提高了光探测器阵列 的工作效率,有希望被广泛应用于光通信集成系统与空间光耦合等领域。     

超快激光制备金属表面微纳米抗反射结构进展

材料表面抗反射性能在太阳能利用、光电子产品、红外传感和成像、军事隐身、以及航空航天等领域均具有重要应用价值。文中对材料表面抗反射特性的重要用途、人工实现路径、表面抗反射结构的研究现状及存在的问题等做了详细的论述。目前,国内外学者已经利用碳纳米管涂层和硅表面针状纳米结构实现了优异的超宽波谱抗反射性能。但迄今为止,金属表面微纳米结构的抗反射能力仍有很大的改善空间。作者所在的清华大学材料学院激光加工研究团队运用新一代高功率高频率超快激光,在金属表面制备出多种类型的特征微纳米结构,对其抗反射性能进行系统研究,实现了紫外-可见、紫外-近红外、紫外-中红外与紫外-远红外分别为2%、6%、5%和8%的超宽光谱超低反射率,并且在0~60入射角度范围内无明显变化。进一步在微纳米结构基础上发展了宏-微纳-纳米线多级多尺度复合结构,在16~17m波长处的总反射率低至0.6%,在14~18m波长处总反射率不超过3%。上述优异超宽光谱抗反射性能预期具有良好应用前景。     

基于纳米“金字塔”结构的光学抗反射特性技术研究

“金字塔”是一个典型的椎体结构,若将其尺寸缩小到纳米尺度并以面阵形式制作到界面上,光波经过该“金字塔”阵列时,等效为穿过一层折射率渐变的薄膜,在界面的菲涅尔反射将被极大削弱。通过基于严格耦合波的Rsoft软件中的DiffractMOD模块,分别对三种材料(Si,SiO2,Ge)构成的亚波长结构在中红外光波入射下的表面反射特性进行模拟研究。研究发现,SiO2材料构成的亚波长结构具有良好的光学抗反射特性。     

150 nm亚波长铝光栅的近红外偏振特性

采用纳米压印、反应离子辅助刻蚀及物理溅射技术制作了周期为150 nm的铝光栅,用分光光度计测量了样品的透过率随入射光偏振方向变化的关系以及在可见、近红外波段TE,TM波的透射光谱。利用严格耦合波理论对光栅的上述性能进行了数值模拟和理论分析。考察了斜入射情况下样品的性能及损耗随入射角的变化关系。理论和实验结果表明,光栅的透过率对入射光的偏振态十分敏感:在近红外范围内(1000~2000 nm)对TE波完全反射,对TM波具有90%的透过率,并且在斜入射时因入射角的增大而轻微加强。此外,还比较了不同金属材料光栅的TM波近红外透射特性,探讨了改善其性能的途径。     

亚波长周期结构抗反射介质光栅的衍射特性

用严格耦合波理论(RCWA)计算了当折射率取一系列离散值时的二维亚波长周期结构介质光栅出现一级衍射透射波的周期值,进而利用最小二乘法拟合出临界周期点随折射率的变化规律;利用一维单台阶和多台阶光栅在TE、TM偏振状态以及二维单台阶圆柱状光栅和二维金字塔结构多台阶光栅进行验证,发现它们同样满足临界周期点的变化规律。结果证明,对于任意面形的亚波长周期结构介质光栅的一级衍射效率都有这一规律。     

仿生蛾眼抗反射结构成像系统研制

仿生蛾眼是一种具有抗反增透效果的微纳米结构,该结构采用化学沉银方法制作了随机分布的双面仿生蛾眼抗反射纳米结构透镜,平均透射率在97%以上。分析了相同参数组合条件下周期蛾眼结构和随机蛾眼结构的透射率情况,得出在设计波段内,随机蛾眼结构透射率优于周期结构的结论。采用蛾眼透镜进行相关参数的计算,利用CODE V平台设计了一款全蛾眼成像镜头。该蛾眼系统焦距为25.5 mm,F数为5,视场角13,光谱范围400～700 nm。经过成像对比试验显示,蛾眼镜头相比常规镀膜镜头而言,对鬼像、边缘眩光等杂散光具有很好的抑制作用。     

二维亚波长抗反射光栅的制作及其特性分析

运用等效介质理论研究了占空比随深度变化的二维亚波长光栅的抗反射原理。对全息干涉法制得的正弦型光栅进行了详细分析,表明这类光栅形成了渐变折射率的抗反膜结构。设计并利用两柬相干光对称入射到记录介质（光刻胶）分两次曝光的全息方法制备了适用于可见波段的周期为310nm的二维正交正弦型光栅。测试结果表明这种光栅在整个可见光波段具有增透作用,有潜力作为传统抗反膜的替代品。将具有浮雕结构的记录介质为母版并采用模压或浇铸等方法,可将结构复制到其它材料上。这类抗反射材料具有制作简单、成本低、可大批量生产等优点。