论和时域有限差分方法在本质上是致，这两种理论分析方法都是通过数学方法将光波在光栅区域进行展开，并通过边界匹配条件求解光波衍射场。两种方法区别主要是它们对光波展开方式不同。严格耦合波理论直接将光波按不同衍射级次进行展开，而时域有限差分方法则是将光波在光栅区域形成不同模式，并将光波按这些模式进行展开。使用软件设计和优化亚波长高对比度光栅结构和参数，通过相应纳米加工制备方法，制备出亚波长光栅。在过去，这些亚波长光栅是在衬底上通过干法刻蚀工艺制作。由于蚀刻表面只在衬底上产生反射系数，在光栅高折射率区域和它衬底之间没有折射率对比。然而在本论文中，我们主要研究是种亚波长高对比度光栅，这种光栅具有高折射率对比，其中高折射率光栅是由低折射率材料包围，这种新颖光栅结构具有许多特性及极为广泛应用范围。我们使用了不同以往纳米加工,万方数据目录专用术语注释表第章绪论亚波长高对比度光栅概述亚波长高对比度光栅研究背景及技术优势研究背景技术优势高对比度光栅在光电领域应用本文主要工作内容及研究方法本文主要工作内容存在关键问题采取研究方案本文结构安排第二章亚波长光栅理论分析及数值计算亚波长衍射光栅理论分析衍射光栅数值计算原理严格耦合波理论时域有限差分方法有限单元法软件使用介绍高对比度光栅结构设计高对比度光栅参数分析和光栅参数设计本章小结第三章亚波长周期高对比度光栅亚波长周期高对比度光栅概述悬空周期高对比光栅悬空周期高对比度光栅结构设计悬空周期高对比度光栅工艺流程悬空周期高对比度光栅结果分析悬空周期高对比度光栅悬空周期高对比度光栅结构设计悬空周期高对比度光栅工艺流程悬空周期高对比度光栅结果分析本章小结第四章亚波长非周期高对比度光栅亚波长非周期高对比度光栅概述非周期高对比度光栅设计及数值计算聚焦反射光栅聚焦透射光栅非周期高对比度光栅工艺流程工艺流程工艺流程非周期高对比度光栅结果分析万方数据本章小结第五章总结及展望工作总结未来展望参考文献附录攻读硕士学位期间撰写论文附录攻读硕士学位期间申请专利附录攻读硕士学位期间参加科研项目致谢万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文专用术语注释表专用术语注释表符号说明介电常数缩略词说明严格耦合波理论时域有限差分方法有限单元法半宽高绝缘体上硅氮化镓高对比度光栅微机电结构完美匹配层数值孔径离子束刻蚀深度反应离子束刻蚀感应耦合等离子体刻蚀横向磁场横向电场万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第章绪论第章绪论亚波长高对比度光栅概述光学衍射光栅研究已经有很长段历史，名叫苏格兰数学家及天文学家，在观察鸟羽毛经过阳光照射是，发现产生了衍射图案，从而发现了衍射光栅。紧接着在年，美国天文学家，设计了第个人工制造衍射光栅，在对精细螺钉周围缠绕细金属丝，每英寸空间大约有条金属线，设计成个半英寸宽光栅。然而，并没有进步对光栅原型进行研究，或者做更加严谨科学实验。但是另位德国物理学家却对此产生了兴趣，他观察发现了这个现象并且发明了衍射光栅。不同于是，在年，利用个类似方式发明了金属衍射光栅。同时他还设计了第个原理机，他研究使得设计光栅能够测量太阳吸收光谱线，现在般被称为线。他继而解释了衍射级现象，并且推导和验证了光栅方程。因而，他建立了现代光栅理论。由于对光学光栅制造要求误差非常小，通常为光波长几分之几，在光栅研究初期，只有制表大师才具有这样高精度工作经验及水准。在年，美国约翰霍普金斯大学物理学家建立了极其复杂原型机，其设计光栅比以往任何可用光栅精度都要高。在年，发表了著名文章，开创了频谱分析和设计光栅作为光学显微镜光谱技术个新时代。自从率先提出光栅理论，将近年过去了。今天，光栅和其它周期性结构已经得到广泛应用，不仅在光谱学，而且在科学和工程等诸多领域，如固体物理，光电子，声学，非线性光学，全息术和射线等领域得到了广泛应用。衍射光学是通过改变光学传播介质空间结构，从而控制光传播特性光学原理。衍射光学元件是基于光电磁波特性，通过利用介质不同空间结构来控制光传播方向偏振态相干性及功率分布等特性光学元件，常应用于光谱仪激光束扫描仪等。微纳米加工工艺飞速发展使制备亚波长尺寸器件成为现实，近年来，亚波长衍射光学元件成为衍射光学领域研究热点。衍射光栅器件具有带宽和谐振波长可控高衍射效率高波长和入射角敏感性等优点，在窄带滤波器低功耗开关元件反射镜高精度探测器等方面有着重要应用价值。本论文是利用矢量衍射理论研究亚波长高对比度光栅。矢量衍射理论主要是基于严格耦万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文第章绪论合波理论,和时域有限差分方法,进行具体分析。严格耦合波理论和时域有限差分方法在本质上是致，这两种理论分析方法都是通过数学方法将光波在光栅区域进行展开，并通过边界匹配条件求解光波衍射场。两种方法区别主要是它们对光波展开方式不同。严格耦合波理论直接将光波按不同衍射级次进行展开，而时域有限差分方法则是将光波在光栅区域形成不同模式，并将光波按这些模式进行展开。使用软件设计和优化亚波长高对比度光栅结构和参数，通过相应纳米加工制备方法，制备出亚波长光栅。在过去，这些亚波长光栅是在衬底上通过干法刻蚀工艺制作。由于蚀刻表面只在衬底上产生反射系数，在光栅高折射率区域和它衬底之间没有折射率对比。然而在本论文中，我们主要研究是种亚波长高对比度光栅，这种光栅具有高折射率对比，其中高折射率光栅是由低折射率材料包围，这种新颖光栅结构具有许多特性及极为广泛应用范围。我们使用了不同以往纳米加工万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文参考文献万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文附录攻读硕士学位期间撰写论文附录攻读硕士学位期间撰写论文。杨森于庆龙，“可见光通信中白光阵列光源光功率分布研究”，科技促进发展，。万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文附录攻读硕士学位期间申请专利附录攻读硕士学位期间申请专利王永进,丁礼伟,刘芳,何颖洁,于庆龙,基于接口热插拔可见光无线接入系统实用新型王永进,于庆龙,胡芳仁,基于硅衬底氮化物悬空光波导器件及其制备方法，待授权。王永进,于庆龙,施政,平面亚波长非周期高对比度光栅及其制备方法，待授权。王永进,于庆龙,高绪敏,超薄氮化物微纳静电驱动器及其制备方法，待授权。王永进,于庆龙,高绪敏,悬空氮化物薄膜器件及其制备方法，待授权。王永进,高绪敏,于庆龙,微机电可调氮化物光波导器件及其制备方法，待授权。王永进,高绪敏,于庆龙,悬空氮化物光波导器件及其制备方法，待授权。王永进,施政,于庆龙,种高值微型圆形谐振腔器件及其制备方法，待授权。王永进,丁礼伟,刘芳,何颖洁,于庆龙,基于接口热插拔可见光无线接入系统，待授权。王永进施政高绪敏贺树敏李欣于庆龙，微机电可调氮化物谐振光栅及其制备方法，待授权。王永进施政高绪敏贺树敏李欣于庆龙，微机电可调氮化物谐振光栅及其双面加工方法，待授权。万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文附录攻读硕士学位期间参加科研项目附录攻读硕士学位期间参加科研项目国家自然科学基金项目，先进光子及光学微机电器件基础和应用研究信息功能材料国家重点实验室开放课题，光子及光学微机电器件江苏省“双创人才”项目，可见光无线通信及其关键器件江苏省高层次创新创业人才引进计划项目，短距离无线光通信技术基础和应用研究。万方数据南京邮电大学专业学位硕士研究生学位论文致谢致谢近三年硕士研究生学习生涯即将结束，在这段时间里我导师同学在学习和生活上都给予我极大关心和帮助。在此向他们表示衷心感谢。在南京邮电大学研究中心这段时间里，我获得了很大进步，这离不开研究中心平台支持以及实验室老师帮助。在这里需要感谢我导师王永进教授，本论文是在王老师悉心指导下完成，在论文完成过程中，老师耐心细致指导，为我论文工作提出了许多宝贵意见，使我论文更加充实完善，在此衷心感谢王老师为我所付出辛劳。同时还要感谢曾经在课题组烟台大学张昌盛老师，在我刚到实验室时，张老师在我学习过程中给予我很大帮助。还有课研组施政博士和高绪敏师妹，施政博士在我学习期间，帮助我完成很多实验工作。在我硕士论文撰写过程中，高绪敏师妹给了我很多帮助，在此表示衷心感谢。其次，感谢师门朋友和班级同学，特别是同寝室丁礼伟江运力同学。能够和他们相识，是我荣幸。在平时生活和学习中，他们给予我很大帮助，是他们无私帮助，使我在近三年研究生生涯中过充实快乐。同时，我要感谢我亲人，是他们为我创造了学习条件，这么多年来直默默给予我最大支持，对此我表示深深谢意。最后，感谢对我论文进行审阅专家教授。感谢他们在百忙之中,对我论文进行审阅。万方数据亚波长高对比度光栅结构设计及制作作者于庆龙学位授予单位南京邮电大学引用本文格式于庆龙亚波长高对比度光栅结构设计及制作学位论文硕士,,单位代码密级公开专业学位硕士论文论文题目亚波长高对比度光栅结构设计及制作于庆龙王永进工程硕士申请全日制申请电子与通信工程二零四年四月学号姓名导师专业学位类别类型专业领域论文提交日期万方数据万方数据南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交学位论文是我个人在导师指导下进行研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构学位或证书而使用过材料。与我同工作同志对本研究所做任何贡献均已在论文中作了明确说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担切相关法律责任。南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文复印件和电子文档允许论文被查阅和借阅可以将学位论文全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编本学位论文。本文电子文档内容和纸质论文内容相致。论文公布包括刊登授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名日期研究生签名导师签名日期万方数据摘要由于传统聚焦反射镜和透射镜为非球面形且厚度很大，同时难以与标准微加工工艺兼容。虽然波片和菲涅尔透镜是平面镜且紧凑元件，但是波片会吸收大部分入射光，因此不能满足低损耗应用需求，而同心菲涅尔透镜在微区范围内难以制作，为其在光学领域应用带来了极大不便。针对以上问题，我们着重对种新型亚波长高对比度光栅,展开研究。这种亚波长高对比度光栅具有低损耗高反射率以及较强相位匹配和聚焦能力，并且结构简单，因此可以用来替代传统镜片。但是这种新型亚波长高对比度光栅在结构设计纳米加工工艺及数据表征方面存在着相关问题，因此本论文针对以上问题做了以下相关研究工作。利用矢量衍射理论研究亚波长光栅，基于严格耦合波理论和时域有限差分原理，通过仿真软件对亚波长高对比度光栅结构进行设计及优化。设计新型亚波长周期高对比度光栅，研究工作在红外波段悬空绝缘体上硅,周期高对比度光栅，结合深硅刻蚀技术，制作周期高对比度光栅研究工作在可见光