用于可见光偏振成像的亚波长金属偏振光栅的研究

摘要

偏振成像具有广泛的军用和民用前景，如医学上癌症的诊断，军事上识别伪装的目标等。亚波长金属偏振光栅具有体积小，易集成，结构紧凑等特点，可替代传统的偏振器件。将亚波长金属偏振光栅制作成阵列来实现同步偏振成像为近年来的研究热点。
　　 本文围绕亚波长金属光栅的特点和制作展开了理论和实验研究，主要内容包含以下几个方面：
　　 首先介绍了研究亚波长金属光栅的意义和国内外亚波长金属光栅的研究进展，理论分析了亚波长金属偏振光栅的工作原理，TE波光栅铝层等效折射率实部和虚部都比较大，铝层等效于金属膜，大部分的TE波被反射和吸收；TM波铝层的等效折射率实部较大，虚部较小，铝层等效于具有微弱吸收性质的介质层，仅有少部分TM波被反射和吸收。
　　 理论计算方面，介绍了时域有限差分法(FDTD)理论。并利用该理论对金属铝光栅的透过率和消光比进行了深入的研究。给出了适用于可见光范围内最佳的光栅结构参数。分析了入射角对光栅性能的影响，及制作工艺带来的误差对光栅性能的影响。
　　 工艺制作方面，利用全息-离子束刻蚀工艺制作了用于纳米压印的模板。所制作的石英光栅模板周期为250nm，占空比约为0.5，高度为380nm。这一模板符合纳米压印要求。
　　 在石英光栅的基础上，尝试制作了一种包裹形的金属线栅。首先在已有的石英光栅结构的基础上优化设计了镀铝的参数，利用倾斜蒸镀的方法制作了这种包裹形的光栅。对光栅的透过率和消光比进行了测量，证明了这种线栅的偏振效应。