具有特定滤波特性的防伪用亚微米光栅的设计和制作

用于防伪技术的亚微米光栅的重要特性是在可见光范围内其零级衍射效率的滤波特性随着入射光的入射方位角(入射面与光栅槽的夹角)改变而改变,零级衍射效率曲线的中心波长发生移动。利用严格的耦合波理论分析计算其衍射效率特性,由所需要的衍射效率特性设计光栅参量,通过精细加工制作工艺,制造出周期为416 nm的亚微米光栅,其零级衍射效率的峰值波长的测量值在入射光零度方位角入射时为466 nm,90°方位角入射时为627 nm,与计算结果一致,由此完成具有特定滤波特性的防伪用亚微米光栅的设计和制作。

亚微米光栅型导光板设计

提出了利用亚微米光栅制作导光板的方法,给出亚微米光栅型导光板的初始结构.用严格耦合波理论计算分析了在满足基底全反射条件的45°入射角下红(700nm)、绿(555nm)、蓝(465nm)三色光垂直出射的亚微米光栅(0.651μm、0.516μm、0.433μm)在槽深0.05～0.9μm之间变化时,透射衍射效率在2%～43%之间变化.分析了亚微米光栅的作用,做出性能评价,并研究了特定范围入射角引起的衍射角变化.

用于光导板的亚微米光栅透射衍射特性分析

提出了利用亚微米光栅制作光导板的方法,用严格耦合波理论计算分析了亚微米光栅从光密介质到光疏介质的1级透射衍射效率与光栅槽深的关系,讨论在满足基底全反射条件的入射角下,对应于红、绿、蓝(红光700mn,绿光555nm,蓝光465nm)三色光的亚微米光栅(0.651μm、0.516μm0、.433μm)在导波条件下的光场衍射特性,并用实验证明在导波条件下1级衍射效率与光栅槽深关系的可靠性,给出亚微米光栅型光导板的初始结构,进行误差分析。

利用亚微米光栅制作导光棒方法研究

研究了周期为0．4—0．7μm结构的光栅的光导特性，用严格耦合波理论分析计算衍射效率与光栅槽深的关系，提出利用衍射效率与槽深的线性段进行导光棒设计，导光棒表面导光单元由三套出射光主波长分别是红光700nm，绿光546．1nm，蓝光435．8nm的亚微米光栅组成，用红、绿、蓝三色LED作为光源，通过光栅空频控制出射光方向、槽深调节衍射效率，达到导光棒出射光源的均匀性。

亚微米光栅曝光系统的应用及设备关键技术研究

半导体工艺中的光刻是芯片制造中最关键的工艺。DFB半导体激光器的腔体结构与普通半导体激光器的腔体结构不同,需要制作周期光栅,光栅周期为亚微米数量级;鉴于亚微米光栅曝光系统在半导体激光器的应用需求,瑞士一家公司研制了一款专用于亚微米周期光栅的设备Phabler 100M DUV光刻机;本系统采用了非线性晶体的倍频效应和周期性光栅的泰伯效应。这些关键技术用较低的成本实现了极高的分辨率,可以制作周期性光栅并达到100 nm的线条分辨率;掩模版和晶片的不平行将造成光刻线条的不均匀,应用CCD探测器和计算机相结合的办法是做平行度的关键调试。

湿法和溶脱法的亚微米ZnO:Al光栅制备

以激光干涉法得到的光刻胶图案为掩模,采用湿法刻蚀和溶脱-剥离法制备了具有良好减反射特性的亚微米掺铝氧化锌(ZnO:Al,AZO)光栅。表面形貌特征和反射光谱测试结果表明,湿法刻蚀较溶脱-剥离法得到的AZO光栅表面更为粗糙,两者均方根粗糙度分别为25.4,7.6nm。在400～900nm波段,两种方法制备的周期和高度相同的光栅,平均总反射率分别由AZO薄膜的12.5%下降到8.3%和10.2%。两者的平均镜面反射率分别为6.2%和6.6%,平均漫反射率分别为2.1%和3.6%。湿法刻蚀得到的表面较为粗糙AZO光栅的漫反射明显减弱,从而导致总的减反特性优于溶脱-剥离法得到的表面起伏相对较小的AZO光栅。

用于光导板的亚微米光栅衍射特性研究

提出了利用亚微米光栅制作光导板的方法,用严格耦合波理论计算分析了亚微米光栅从光密介质到光疏介质的1级透射衍射效率与光栅槽深、入射角度的关系,讨论了在满足基底全反射条件的入射角时对应于R、G、B三原色光的亚微米光栅(0.651μm、0.508μm、0.405μm)在导波条件下的光场衍射特性,并用实验证明在导波条件下1级衍射效率与光栅槽深关系的可靠性。给出亚微米光栅型光导板的初始结构,并进行了误差分析。

用同步辐射光刻直接在有机玻璃板上制备高深宽比亚微米光栅

为了将平面金属膜紧密耦合到纳米光栅形成的表面等离子体共振传感器,以提高灵敏度,以及利用亚微米光栅调整共振反射波长,需要制备亚微米结构光栅。介绍了一种基于X光光刻的亚微米结构光栅的制造技术。该结构光栅是利用日本立命馆大学的同步辐射光源进行同步辐射光光刻,在有机玻璃(PMMA)板上直接得到亚微米光栅。用此纳米加工技术获得的光栅线宽为250 nm,周期为500 nm,深宽比为8的PMMA亚微米结构光栅。还优化了曝光近接间隔、曝光剂量和显影时间等同步辐射光刻参数。

亚微米光栅的制作和零级衍射效率滤波特性的验证

从亚微米光栅的特点出发,分析了应用于防伪技术领域的亚微米光栅的各项关键制作技术和特点,制作了具有零级衍射效率滤波特性和用于光变色防伪的亚微米光栅,光栅零级衍射效率滤波特性的测量结果与使用耦合波理论计算得到的结果是完全一致的。由此可以根据防伪技术所需要的滤波特性设计亚微米光栅的参数。

亚微米光栅零级衍射特性的数值研究

用耦合波理论分析了亚微米光栅对光波场的衍射作用,给出了在TE和TM偏振入射条件下矩阵形式的耦合波方程,研究了光栅在TE偏振入射条件下可见光波段内的反射和透射零级衍射特性。亚微米光栅零级衍射效率是波长、偏振和入射角的函数,在不同照明、观察和光栅参数条件下,光栅零级衍射具有非常复杂的光谱结构,经过适当的优化光栅参数,零级衍射具有许多独特的衍射特性,在许多应用领域具有广泛的应用前景。

提高离子束刻蚀亚微米光栅侧壁陡直度的方法

现代亚微米光栅的应用通常要求栅脊侧壁陡直。通过比较两种配备不同离子源的刻蚀机的反应离子束刻蚀结果,认为影响亚微米光栅侧壁陡直度的一个重要因素是离子束发散角(束散角),且小束散角有利于获得陡直的光栅侧壁。国内应用最广泛的双栅考夫曼刻蚀机束散角较大(大于13°),致使用常规方法获得的熔石英光栅的侧壁倾角仅为77°。针对此刻蚀机,尝试了三种提高侧壁陡直度的方法:旋转倾斜刻蚀法、交替倾斜刻蚀法和二次金属掩模法,分别把侧壁倾角提高到86°、86°和82°。最后从掩模侧壁收缩速率和槽底部与顶部离子通量的差异对束散角对侧壁陡直度的影响给予解释,并说明了上述三种方法的工作机理。

采用亚微米埋入式光栅的彩色滤光片

为进一步提高彩色滤光片的色度性能和光能利用率,设计了一种宽带宽高透射率的亚微米埋入式光栅结构,该结构由PMMA基底、ZnS膜层、二维Al金属光栅和SiO2覆盖层等组成。采用严格耦合波理论分析了ZnS膜层厚度、周期、占空比等结构参数对透射光谱特性的影响,并在此基础上优化结构参数,获得了宽带宽滤波输出。当透射光谱中心波长为635,530和455nm时,相应透射效率分别为68%,78%和71%,半极大值处全宽(FWHM)约为100nm。计算结果表明,与其他应用于彩色滤光片的光栅结构相比,所设计光栅结构的中心光谱透射效率可提高19%,并有效减少了三色输出光谱之间的重叠区域,提高了彩色滤光片的色度性能。