【摘要】：作為還原真實色彩的關鍵器件,彩色濾光器在液晶顯示、圖像傳感器等方面有重要的應用價值。高色純度、高對比度、高性能、可集成的彩色濾光器,是未來的研究和發(fā)展方向。利用亞波長線性光柵的偏振敏感特性,彩色濾光器的出射光可以根據(jù)入射光的偏振態(tài)進行調(diào)制,從而實現(xiàn)偏振控制的可調(diào)彩色濾光器,有利于集成化應用。同時,隨著微納光學的不斷發(fā)展,基于薄膜結構的亞波長光柵濾光器件進一步促進了彩色濾光器在結構復雜、多組件集成系統(tǒng)等更多領域的應用。本論文采用高折射率的HfO_2作為光柵材料,和成本低、易集成的Si作為襯底材料,結合微納加工工藝,設計并制備了兩個新型的厚度為200nm的薄膜結構的偏振控制的可調(diào)彩色濾光器(CF-I和CF-II)。主要的研究內(nèi)容和成果如下:首先,通過Rsoft軟件進行仿真,經(jīng)過反復調(diào)整,確定了兩組合適的光柵結構參數(shù),來實現(xiàn)偏振控制的可調(diào)彩色濾光器。并結合仿真的電場分布圖,具體解釋了光柵濾光器件內(nèi)部發(fā)生的導模共振效應(GMR)�；谧贤夤饪�、反應離子刻蝕(DRIE)、深硅刻蝕等微納加工工藝,刻蝕去除HfO_2光柵區(qū)域下方的硅襯底,使得整個線性光柵上下都被空氣包圍,形成約200nm厚的懸空薄膜結構的硅基氧化鉿光柵濾光器。并設計了四個懸臂梁結構,用于支撐整個薄膜,解決了殘余應力的釋放問題。采用光鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)等設備,對制備好的基于懸空薄膜結構的彩色濾光器進行了形貌結構表征。整體來說,兩個光柵都制備得非常好,光柵線條流暢,薄膜沒有任何裂紋。其次,通過實驗室自行搭建的角分辨光譜測量系統(tǒng),對器件進行光譜測量和性能測試,并驗證Rsoft仿真計算的正確性。從光譜特性分析可知,在TM和TE偏振正入射的情況下,CF-I的出射光分別中心波長為485nm的藍色和中心波長為553nm的綠色,CF-II出射光的顏色分別中心波長為582nm的黃色和中心波長為654nm的紅色。因此,CF-I是偏振控制的綠-藍可調(diào)彩色濾光器,CF-II是偏振控制的紅-黃可調(diào)彩色濾光器。此外,薄膜結構的硅基氧化鉿光柵濾光器具有體積小巧、結構緊湊的特點,并且易于與其他的硅光子器件集成,形成多組件的集成系統(tǒng)。最特別的是,基于薄膜結構的彩色濾光器有可轉(zhuǎn)移的潛力,可以通過機械性地釋放懸臂梁,實現(xiàn)承載光柵的HfO_2薄膜從Si襯底轉(zhuǎn)移到其他襯底上�？赊D(zhuǎn)移光電子學是新興領域,可以應用于柔性可穿戴器件等應用。本文研究的彩色濾光器可以應用于例如圖像傳感器、顯示元件甚至可穿戴設備。
【圖文】：

業(yè)的重要技術突破口。作為傳統(tǒng)光學器件的基本應用，微納尺寸的光柵器件在鐳射包裝、公共防偽、顯示照明、綠色能源發(fā)展、光學元器件產(chǎn)業(yè)化等方面有巨大的發(fā)展?jié)摿�。入射光波長大于光柵周期，尺寸在微納米級別，零階衍射波和光柵相互作用，稱為亞波長光柵器件（Subwavelength Grating，SWG）[8-9]。亞波長光柵結構會激發(fā)產(chǎn)生奇妙的導模共振、表面等離子共振等現(xiàn)象。因此，和常規(guī)光柵器件相比，SWG 有與眾不同的特性，在抗反射濾波器、相位板等方面具有巨大的應用潛力[9]。根據(jù)材料結構分類，可以把亞波長光柵器件分為導模共振光柵（Guided Mode ResonantGratings, GMRG）和高對比光柵（High Contrast Grating, HCG）兩大類。如圖 1.1 所示，GMRG由襯底層、波導層、光柵層三層組成，而 HCG 僅由介質(zhì)層、光柵層構成，兩者的結構明顯不同。高對比度光柵就是低折射率介質(zhì)包圍了具有高折射率的周期光柵結構，達到反射效率高和寬帶的效果。由于這些特性，高對比度光柵常被用于反射鏡、半導體激光器、光學濾波器等眾多領域[4-6]。

（b）TE 偏振照明（c）TM 偏振照明（d）非偏振果。旁邊是同一像素的局部放大圖[16]要綜述了近年來透射型和反射型亞波長光了金屬納米孔陣列濾光器、金屬-絕緣體-nance，GMR）濾光器等原理和性能，并重示等方面的綜合應用[17]。目前，在濾光器還有許多問題需要解決，例如減少制備成共振光柵濾波器，，必須先分析器件的光譜兩個重要的參數(shù)有關。在正入射的情況下并；在斜入射的情況下，由于消除簡并，導模
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2;TB851.7

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1 黃

本文編號：2620447