亞波長結構對微透鏡成像質量研究
發(fā)布時間：2021-10-30 01:40
全介質亞波長結構能調制光強、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,提出一種單臺階的二維圓柱形亞波長結構。運用時域有限差分法計算不同半徑圓柱形亞波長結構的等效折射率值,基于等光程原理設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。為了研究亞波長結構對微透鏡成像質量的影響,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構、規(guī)則漸變的會聚型圓柱形亞波長結構、規(guī)則漸變的會聚型圓孔形亞波長結構、規(guī)則漸變的發(fā)散型圓孔形亞波長結構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構和規(guī)則漸變的會聚型圓孔形亞波長結構進行實驗驗證。運用薄膜理論和等效介質折射率理論,對均勻分布的圓柱形亞波長結構的參數(shù)進行設計,基于嚴格耦合波理論驗證設計結果的準確性。通過實驗證明了該結構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】：長春理工大學吉林省
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
飛蛾眼睛表面的亞波長結構
圖 1.2 尖頭圓錐體和尖頭、圓頭圓錐體混合亞波長結構2016 年，長春理工大學付躍剛團隊在鍺襯底表面制作圓柱形亞波長結構，提高結構在紅外波段抗反射的能力。雙面制作亞波長結構的情況下得到 8-12μm 范圍內的反射率小于 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，單面結構使可見光透過率大于 95%，最高透過率達到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構，該結構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 46°入射角透過率提高的結果，與垂直入射無結構玻璃相比，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構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構相比于規(guī)則分布的亞波長結構對偏振的敏感度更低的結論，為亞波長抗反射結構偏振特性研究奠定堅實基礎[37]。亞波長結構除了增透之外，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)，有亞波長結構的成像系統(tǒng)被證明具
5圖 1.3 圓柱型亞波長結構平面透鏡2015 年，Amir Arbabi 等人設計、制造和實驗證明了一種可在近紅外范圍內使用的超薄、寬帶的半波長相位板等離子體超表面。在 800 nm 帶寬范圍內，線偏振光轉換效率分別超過 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構的超表面，這種超表面屬于可控制偏振和相位的亞波長結構，根據(jù)精確的設計，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、藍三種波長全息圖的形式展示了一種高性能的全介質超表面，光能轉換效率大于 78%。采用表面粗糙度小于 1nm 且光學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超表面的方法，制造出具有雙折射的各向異性全介質納米結構。該工藝可制作任何高效率的超表面光學元件，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構制
【參考文獻】：
期刊論文
[1]應用于微型成像的氮化鎵超透鏡設計[J]. 金鑫,王淼,周桃飛,曹冰,張桂菊. 光學精密工程. 2018(12)
[2]平面波透射聚焦超表面結構設計[J]. 李哲,董連和,孫艷軍,冷雁冰,王麗,胡一楠. 光散射學報. 2017(02)
[3]鍺襯底表面圓柱形仿生蛾眼抗反射微結構的研制[J]. 董亭亭,付躍剛,陳馳,張磊,馬辰昊. 光學學報. 2016(05)
[4]旋轉體時域有限差分法對軸對稱亞波長衍射光學元件的分析[J]. 劉玉玲,盧振武,任智斌,李鳳有,曹召良. 光子學報. 2003(10)
博士論文
[1]基于人工超材料與超表面的電磁波調控[D]. 李肅成.蘇州大學 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 2013
本文編號：3465792
【文章來源】：長春理工大學吉林省
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
飛蛾眼睛表面的亞波長結構
圖 1.2 尖頭圓錐體和尖頭、圓頭圓錐體混合亞波長結構2016 年，長春理工大學付躍剛團隊在鍺襯底表面制作圓柱形亞波長結構，提高結構在紅外波段抗反射的能力。雙面制作亞波長結構的情況下得到 8-12μm 范圍內的反射率小于 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，單面結構使可見光透過率大于 95%，最高透過率達到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構，該結構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 46°入射角透過率提高的結果，與垂直入射無結構玻璃相比，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構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構相比于規(guī)則分布的亞波長結構對偏振的敏感度更低的結論，為亞波長抗反射結構偏振特性研究奠定堅實基礎[37]。亞波長結構除了增透之外，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)，有亞波長結構的成像系統(tǒng)被證明具
5圖 1.3 圓柱型亞波長結構平面透鏡2015 年，Amir Arbabi 等人設計、制造和實驗證明了一種可在近紅外范圍內使用的超薄、寬帶的半波長相位板等離子體超表面。在 800 nm 帶寬范圍內，線偏振光轉換效率分別超過 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構的超表面，這種超表面屬于可控制偏振和相位的亞波長結構，根據(jù)精確的設計，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、藍三種波長全息圖的形式展示了一種高性能的全介質超表面，光能轉換效率大于 78%。采用表面粗糙度小于 1nm 且光學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超表面的方法，制造出具有雙折射的各向異性全介質納米結構。該工藝可制作任何高效率的超表面光學元件，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構制
【參考文獻】：
期刊論文
[1]應用于微型成像的氮化鎵超透鏡設計[J]. 金鑫,王淼,周桃飛,曹冰,張桂菊. 光學精密工程. 2018(12)
[2]平面波透射聚焦超表面結構設計[J]. 李哲,董連和,孫艷軍,冷雁冰,王麗,胡一楠. 光散射學報. 2017(02)
[3]鍺襯底表面圓柱形仿生蛾眼抗反射微結構的研制[J]. 董亭亭,付躍剛,陳馳,張磊,馬辰昊. 光學學報. 2016(05)
[4]旋轉體時域有限差分法對軸對稱亞波長衍射光學元件的分析[J]. 劉玉玲,盧振武,任智斌,李鳳有,曹召良. 光子學報. 2003(10)
博士論文
[1]基于人工超材料與超表面的電磁波調控[D]. 李肅成.蘇州大學 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 2013
本文編號：3465792
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