新型纳米结构减反射薄膜的研究

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1、东南大学硕士学位论文新型纳米结构减反射薄膜的研究姓名：张继鹏申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：王保平；娄朝刚2012-05-29摘要光学薄膜的应用始于20世纪30年代。直至今天已广泛用于光学和光电子技术领域。在各种光学薄膜中，减反射膜是应用最广、产量最大的一种光学薄膜，因此，它至今仍是光学薄膜技术中重要的研究课题。最常见的减反射膜是在基底上镀一层或者两层，甚至多层的均匀介质的薄膜。它主要通过干涉效应实现减反射。但是它对薄膜材料的折射率要求较高，因此，在材料的选择上，受到自然界材料的限制。近几年，来自于“蛾眼效应"的启示，纳米结构减反射薄膜

2、取得了较大的发展，它不仅能够实现比传统薄膜更好的减反射效果，而且在一定程度上克服了自然界存在材料的限制，因此，纳米减反射薄膜的研究已成为一个研究热点。严格耦合波理论(RigorousCoupledWave，RCwA)产生于20世纪80年代，一开始用于分析正弦光栅，在经历了两次大的改进之后，逐步走向完善并应用越来越广泛。目前，被广泛应用于分析和设计衍射结构。本质上，严格耦合波理论是基于实际的边界条件计算麦克斯韦方程组。在计算过程中，将方程的求解问题转化为求解矩阵方程的特征值与特征向量问题。最终求得透射区和反射区的电磁场。论文主要工作是基于严格耦合波

3、理论，在MATLAB环境中实现了各种薄膜的软件仿真及其反射率的计算，包括传统薄膜(单层膜、双层膜)，纳米柱薄膜，纳米锥薄膜，电池表面金字塔结构。在实现薄膜的软件仿真的过程中，分别对薄膜及电磁场进行了近似化处理。仿真模型建成之后，对其进行了稳定性的验证，保证了仿真模型的正确性。实现的仿真模型可以灵活地修改模型参数，如介电常数、柱高、周期等。因此，可以通过设置参数来计算不同参数的薄膜的反射率。在仿真模型反射率的计算过程中，为了使入射光近似为自然光，我们以diagonal波为入射光，在垂直照射的情况下，并结合实际的太阳能光谱，计算几种模型在波长从300

4、hm到1200hm范围内的平均反射率。在此，我们分别计算并画出了每一个参数改变时的反射率变化曲线，并通过光的干涉原理，等效介质理论，介质渐变理论等原理进行解释。总结各个参数对薄膜反射率的影响及不同模型的减反射机制。通过这些研究，设计出效果更佳的减反射薄膜。为工艺上减反射薄膜的制备提供理论指导。关键字：纳米薄膜，严格耦合波技术，纳米锥，纳米柱，金字塔绒面AbstI-dctAbstract11leapplicationofopticalfilmsbeganinthe1930s．Nowtheopticalfilmshavebeenwidelyappli

5、edinopticsandphotoelectrontechnicalfields，amongwhichanti-reflectivefilmsarethemostwidelyappliedandthemostproductive；therefore，theanti-reflectivefilmsarestillamajorresearchsubjectintheopticalfilmtechnology．Themostcommonanti．reflectivefilmisthepreparationofoneortwolayers,evenmo

6、lelayersofhomogeneousmedium,anditplaysanti．reflectiverolemainlythroughopticalinterference．However,theanti．reflectivefilmsrequirecomparativelypreciserefractiveindexofthefilmmaterial．SOitisconfinedbythenaturalmaterialsinthechoiceofmaterial．Inrecentyears，enlightenedbymoth—eyephe

7、nomenon,nanostructuredanti．reflectivefilmhasmadebigprogress，whichnotonlyrealizesbetteranti．reflectiveeffectthantraditionalfilm，butalSOovercomethelimitsintheexistednaturalmaterials．Therefore．theresearchonnanostructuredanti—reflectivefilmshasbecomemoreactive．BasedontheRigorousC

8、oupled．WaveAnalysis(RCWA)，thethesismainlyfocusesonrealizingthesoftwa