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多层介质膜光栅用高反射镜的严格耦合波分析(英文)

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光子学报 2009年第6期38卷 1469-1472页

作者：孔伟金云茂金单福凯范正修邵建达青岛大学物理科学学院山东青岛266071 中国科学院上海光学精密机械研究所上海201800

基于严格耦合波和增强透射矩阵的方法,提出了一种数值稳定的求解多层介质膜光学特性的机理模型.利用该模型计算了多层介质膜光栅用高反射镜的优化设计膜系.使用电子束热蒸发方式制备的多层介质膜光谱特性和理论设计的结果符合得很好,该... 详细信息

基于严格耦合波和增强透射矩阵的方法,提出了一种数值稳定的求解多层介质膜光学特性的机理模型.利用该模型计算了多层介质膜光栅用高反射镜的优化设计膜系.使用电子束热蒸发方式制备的多层介质膜光谱特性和理论设计的结果符合得很好,该严格耦合波模型是分析介质膜光学特性有效的稳定的数值求解方法.

关键词：高反射镜介质膜光栅严格耦合波分析

光刻仿真中二维掩模近场的扩展傅立叶分析和严格耦合波分析

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光刻仿真中二维掩模近场的扩展傅立叶分析和严格耦合波分析

作者：刘佳兰州大学

学位级别：硕士

现代光刻中为了提高系统的分辨率,采用了各种分辨率增强技术:移相掩模技术、离轴照明、光学临近效应校正等。这些技术必然带来数值孔径的提高、光刻关键尺寸的减小、掩模厚度的增加等效果。此时,不能再用常规的标量衍射理论分析掩模的近... 详细信息

现代光刻中为了提高系统的分辨率,采用了各种分辨率增强技术:移相掩模技术、离轴照明、光学临近效应校正等。这些技术必然带来数值孔径的提高、光刻关键尺寸的减小、掩模厚度的增加等效果。此时,不能再用常规的标量衍射理论分析掩模的近场,必须采用改进的标量衍射理论或者严格的电磁场方法来分析入射光经过掩模后的近场。本文采用扩展傅立叶衍射理论和严格耦合波理论两种方法来分析入射光透过掩模后的近场分布和衍射效率。本文前面针对交替式相移掩模,提出了一种考虑阴影效应的近似模型。该方法是傅里叶衍射理论的扩展,是一种依赖于入射角的函数。并对提出的近似模型的衍射效率以及干涉场光强分布进行了仿真。之后又应用严格耦合波理论来分析入射光经过掩模后的近场。严格耦合波方法是通过求解Maxwell方程来求得近场的,推导过程没有用到任何近似,所以是一种严格的方法。本文中考虑掩模在y方向是无限大的,所以掩模的模型是二维的,节省了计算时间。分别计算了TE偏振和TM偏振时二元掩模和衰减式相移掩模的衍射效率随掩模周期和入射角的变化;偏振度随掩模周期的变化。这些是标量衍射理论都不能得到的。并将得到的结果与扩展傅立叶衍射理论进行比较,得到标量的衍射理论跟严格耦合波理论不一致,说明了标量理论在掩模尺寸与波长相当时就不能用标量衍射理论来模拟入射光经过掩模后的近场。

关键词：光刻二元掩模交替式相移掩模扩展傅立叶衍射理论严格耦合波分析衍射效率近场分布

基于严格耦合波分析的一维微尺度光栅结构辐射特性研究

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基于严格耦合波分析的一维微尺度光栅结构辐射特性研究

作者：方兴哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着微纳米技术的设计、加工水平不断提高，光栅不仅成为了一种广泛应用于光学领域的重要分光元件，而且因其良好的波长选择性，作为一类辐射特性调控元件，开始使用在太阳能电池、能量转换设备、表面热控制等领域。微纳米尺度微结构... 详细信息

随着微纳米技术的设计、加工水平不断提高，光栅不仅成为了一种广泛应用于光学领域的重要分光元件，而且因其良好的波长选择性，作为一类辐射特性调控元件，开始使用在太阳能电池、能量转换设备、表面热控制等领域。微纳米尺度微结构表面的辐射特性，一般可以通过求解空间电磁场麦克斯韦方程组得到。严格耦合波分析（RCWA）是一种特别适用于周期性结构电磁场求解的算法，并已成熟地应用在光栅结构的电磁特性的研究中。因此，在文中详细介绍了RCWA的发展历史和算法原理，将其作为研究光栅结构辐射特性的主要技术工具。光栅结构的特异吸收、透射特性的产生物理机制，可以归结为表面等离子极化（SPP）、表面声子极化（SPhP）和局域磁极化（MP）。采用严格耦合波分析法，本文研究了光栅结构的波长选择性机理。对用于光栅结构吸收峰值预测的等效电容电感（LC）电路模型，进行了分析和改进。研究了穿透深度色散、电荷分布系数取值对等效LC电路模型的影响，并把等效LC电路模型推广到MPn（n>1）峰值的预测上。微结构光栅一般贴附在基底薄膜上，考虑薄膜加工、安装精度会导致光栅基底的周期性褶皱，将硅质光栅用多层模型近似，对其褶皱的影响进行了分析和研究。研究结果表明，不同类型的周期性褶皱结构尺寸的变化，产生辐射特性的变化规律是不同的。硅质光栅基底的一定角度的弯曲，可以作为一种微调手段调控光栅结构的辐射特性。最后，利用多层光栅模型对大闪蝶翅膀结构进行了建模，分析了模型各参数的变化对结构色的改变的影响。结果显示，纵向尺寸对辐射特性的影响，要明显大于横向尺寸，这证实了很多文献借助简单的多层模型和光子晶体模型研究大闪蝶成色的合理性。观察到大闪蝶翅膀的颜色，会随角度和环境折射系数发生变化;对仿大闪蝶翅膀微结构的光栅模型进行了数值模拟，结果很好地解释了这种现象。

关键词：光栅辐射特性严格耦合波分析 LC电路模型多层模型大闪蝶结构色

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亚波长金属槽阵列吸收增强研究

天津理工大学学报 2025年第1期41卷 134-139页

作者：窦俪馨张斯文天津理工大学理学院

文中采用严格数值分析方法系统研究了亚波长金属槽阵列的吸收增强效应。针对单层、双层矩形槽阵列特点，数值模拟了结构参数和金属类型对阵列吸收效率的影响。研究结果表明，亚波长金属矩形槽阵列的吸收增强现象主要来自槽内局域模式共... 详细信息

文中采用严格数值分析方法系统研究了亚波长金属槽阵列的吸收增强效应。针对单层、双层矩形槽阵列特点，数值模拟了结构参数和金属类型对阵列吸收效率的影响。研究结果表明，亚波长金属矩形槽阵列的吸收增强现象主要来自槽内局域模式共振效应，且窄槽的共振更强，吸收效率更高。满足共振效应时与单层结构相比，双层矩形槽阵列上层槽宽是调控吸收峰增强效应的主导参数，下层槽宽对吸收峰数值影响很小，仅调控下层槽共振深度。文中对双层结构的分析为算法对V型槽、梯形槽的吸收增强设计提供了数值模拟参考，保障吸收增强的同时有效降低加工难度，也为以亚波长金属槽阵列为吸收增强单元的器件设计提供了重要参数指导。

关键词：严格耦合波分析亚波长金属矩形槽阵列 Fabry-Perot共振吸收增强

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SU-8光栅的制备及其衍射性能研究

传感器与微系统 2025年第1期 55-58页

作者：鲁小鑫王萧张雪凤王浪岱钦乌日娜沈阳理工大学理学院

衍射效率的大小是衡量光刻光栅性能优劣的重要指标。使用严格耦合波分析(RCWA)模拟得到周期10μm和12μm的SU—8微米光栅的各级次衍射效率。采用掩模版紫外光刻技术制作曝光时间分别为27,30,33,36 s的SU—8光栅。通过显微镜观察，发现... 详细信息

衍射效率的大小是衡量光刻光栅性能优劣的重要指标。使用严格耦合波分析(RCWA)模拟得到周期10μm和12μm的SU—8微米光栅的各级次衍射效率。采用掩模版紫外光刻技术制作曝光时间分别为27,30,33,36 s的SU—8光栅。通过显微镜观察，发现曝光时间30 s制得的光栅结构更加清晰和平整。测量光栅样品的衍射效率，结果显示，0级衍射效率最大，与理论模拟结果相符。曝光时间27,33,36 s光栅的0级衍射效率较30 s的相对偏高。以周期10μm光栅TE偏振光入射为例，使用RCWA理论模拟了光栅的栅条有缺口以及栅槽有额外薄膜层两种情况，分析了0级衍射效率偏高的现象。

关键词： SU—8光刻胶衍射效率严格耦合波分析

基于亚波长二维光栅的入射角不敏感颜色滤光片研究

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物理学报 2013年第6期62卷 186-191页

作者：洪亮杨陈楹沈伟东叶辉章岳光刘旭浙江大学光电信息工程学系现代光学仪器国家重点实验室杭州310027

提出了一种基于二维亚波长光栅的具有非偏振光入射下入射角不敏感特性的反射式颜色滤光片.采用严格耦合波分析方法详细分析了光栅周期、光栅层厚度以及固定光栅占空比下光栅的结构尺寸对反射率峰值、反射带位置及带宽的影响.结合入射角... 详细信息

提出了一种基于二维亚波长光栅的具有非偏振光入射下入射角不敏感特性的反射式颜色滤光片.采用严格耦合波分析方法详细分析了光栅周期、光栅层厚度以及固定光栅占空比下光栅的结构尺寸对反射率峰值、反射带位置及带宽的影响.结合入射角不敏感特性,经过优化设计得到了光栅的最终结构参数,获得了中心波长424nm,峰值反射率56%,带宽45nm的反射滤光片.模拟结果表明,在非偏振光入射下,此滤光片的反射光谱表现出显著的入射角不敏感特性.当入射角高达60°时反射带的中心波长偏移6nm反射率下降6%带宽增加8nm其参数没有较大变化通过调整光栅的结构参数可在400—520nm范围内调节滤光片的中心波长以获得不同颜色的入射角不敏感滤光片.

关键词：反射式滤光片二维亚波长光栅入射角不敏感严格耦合波分析

钛圆盘阵列增强微测辐射热计太赫兹波吸收特性

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物理学报 2019年第20期68卷 292-300页

作者：牛青辰苟君王军蒋亚东电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室

提出一种集成在微桥结构中的二维亚波长周期钛(Ti)金属圆盘阵列结构,以增强太赫兹微测辐射热计的吸收率.基于严格耦合波分析方法,建立吸收结构模型,研究了不同结构的Ti圆盘阵列及其在微桥阵列结构中的太赫兹波吸收特性.周期Ti圆盘阵列... 详细信息

提出一种集成在微桥结构中的二维亚波长周期钛(Ti)金属圆盘阵列结构,以增强太赫兹微测辐射热计的吸收率.基于严格耦合波分析方法,建立吸收结构模型,研究了不同结构的Ti圆盘阵列及其在微桥阵列结构中的太赫兹波吸收特性.周期Ti圆盘阵列结构降低了金属的表面等离子体频率,在太赫兹波段激发伪表面等离子体激元并实现共振增强吸收.共振吸收频率由周期、直径等Ti圆盘阵列的结构参数决定,圆盘厚度则对太赫兹波吸收率有重要影响,微桥结构中的谐振腔结构可降低共振频率并增强耦合效率.设计的微桥探测结构以较小的Ti圆盘阵列周期(37μm)实现突破衍射极限的太赫兹波约束,在3.5 THz (波长85.7μm)实现接近90%的太赫兹波吸收率,满足太赫兹微测辐射热计小尺寸、高吸收及工艺兼容的要求.

关键词：太赫兹微测辐射热计伪表面等离子体激元严格耦合波分析

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多方向金属光栅偏振器及在偏振导航中的应用

光学精密工程 2012年第10期20卷 2237-2244页

作者：褚金奎王志文张英杰王寅龙大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

在同一聚碳酸酯基底上制作了6个不同方向的双层金属光栅偏振器,用于消除分立器件带来的安装误差。将该偏振器应用于偏振导航传感器上并进行了测角精度测试,基于神经网络法研究了角度测量的误差补偿方法。首先,基于严格耦合波理论设计了... 详细信息

在同一聚碳酸酯基底上制作了6个不同方向的双层金属光栅偏振器,用于消除分立器件带来的安装误差。将该偏振器应用于偏振导航传感器上并进行了测角精度测试,基于神经网络法研究了角度测量的误差补偿方法。首先,基于严格耦合波理论设计了一种亚波长双层金属光栅偏振器,分析了它的周期和金属厚度对偏振器性能的影响,其在510nm波长入射时TM偏振光透射率高于71%,消光比大于2 100。应用纳米压印技术在聚碳酸酯基底上加工制作了设计的偏振器,其基底上设有6块结构参数相同但朝向不同的双层金属光栅结构。将此偏振器安装在偏振导航传感器上并在测试平台上测试了测角精度,测试的原始误差在±1°以内;经BP神经网络法误差补偿后,测角误差在±0.2°以内。得到的结果可较好地满足偏振导航的要求。

关键词：光栅偏振器偏振导航严格耦合波分析纳米压印 BP神经网络

锗衬底表面圆柱形仿生蛾眼抗反射微结构的研制

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光学学报 2016年第5期36卷 228-234页

作者：董亭亭付跃刚陈驰张磊马辰昊长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 华中光电技术研究所武汉光电国家实验室湖北武汉430223

采用严格耦合波分析方法研究了长波红外波段锗基底的圆柱形周期阵列仿生蛾眼抗反射微结构的衍射特性,并进行理论分析和模拟仿真验证。重点分析了周期、深度、占空比和整体面型轮廓等参数对微结构抗反射特性的影响,得出具有较好抗反射效... 详细信息

采用严格耦合波分析方法研究了长波红外波段锗基底的圆柱形周期阵列仿生蛾眼抗反射微结构的衍射特性,并进行理论分析和模拟仿真验证。重点分析了周期、深度、占空比和整体面型轮廓等参数对微结构抗反射特性的影响,得出具有较好抗反射效果的结构组合参数。采用二元曝光技术和反应离子刻蚀技术在锗基底上制备该亚波长周期微结构。通过热场发射扫描电子显微镜对微结构表面形貌进行表征,并应用红外成像光谱仪在长波红外波段分别对双面抛光锗片、单面微结构和双面微结构进行测试对比,结果显示在8~12μm范围内双面微结构的反射率小于8%,基本达到设计要求。

关键词：光学设计抗反射结构亚波长微结构严格耦合波分析反应离子刻蚀技术