复合周期与混合结构的“蛾眼”减反射光学超表面的研究

作     者：沈思彤 

作者单位：长春理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：付跃刚

授予年度：2019年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：复合周期 混合结构 蛾眼结构 减反射 时域差分有限元法(FDTD) 傅立叶模态法(FMM) PS微球掩模 ICP刻蚀 

摘      要：具有减反射效果的光学超表面已经成为当前研究的热点问题。传统的“蛾眼结构表面能够在限定较短波长范围内实现减反增透效果,大幅提高表面的抗反射能力。然而单一结构下的减反射效果有限,不能够实现在红外超宽谱段范围内的全波段减反射。所以急需一种新颖微纳结构在宽谱红外波段起到更为高效的减反作用。所以本文针对复合周期和混合结构的“蛾眼减反射光学超表面的设计与制备工艺展开了以下研究。论文首先针对具有复合周期及混合结构的新颖超表面的发展现状进行了研究及讨论,分析了微纳结构与膜系结构结合的混合结构以及不同尺寸微纳结构进行嵌套、叠加的复合周期混合结构,对减反射超表面的理论仿真、工艺制备及实际应用进行了深入的调研。利用FDTD和FMM理论分析,将两种方法结合建立了离散化的嵌套式及多级式复合周期混合结构的理论模型。讨论了并分析了复合周期和混合结构超表面的反射率影响因素,从而达到在宽波段范围内能够实现的反射率最低值。在理论设计仿真模拟的基础上,制定了嵌套式复合周期和混合结构的“蛾眼减反射超表面的制备工艺并进行了实际加工。提出了一种新型的适用于微球粒径范围更大的变角度垂直沉降法自组装技术,并提出了一种结构模型指导掩膜自组装实验的样品配比计算方法,能够进行简单的掩模模型预测。提出了一种单一掩模材料加工复合周期结构,不同周期结构深度反向变化的加工方法,制备出了具有一定高度差异的嵌套式复合周期混合结构“蛾眼超表面。经测量得出在嵌套式复合周期混合结构“蛾眼超表面中,不同直径的微球混合比影响表面的最终反射率。最后在嵌套式复合周期和混合结构的“蛾眼减反射超表面测量结果的基础上提出了制备工艺的改进方法,完善加工结果,为“蛾眼光学超表面提供了一种新的思路。