微纳光学功能材料无掩模光刻制备中的相位控制技术与波前工程设计

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1、论文原创性声明内容本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：鼍丫‰日期：6J年r月砌日学位论文使用授权声明内容本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的

2、内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。学位论文作者签名：毫『，如导师签名：)习遣善日期：护J年J6月如日日期：oS年g月工F日知识产权保护声明本人郑重声明：我所提交答辩的学位论文，是本人在导师指导下完成的成果，该成果属于中山大学物理科学与工程技术学院，受国家知识产权法保护。在学期间与毕业后以任何形式公开发表论文或申请专利，均须由导师作为通讯联系人，未经导师的书面许可，本人不得以任何方式，以任何其它单位做全部和局部署名公布学位论文成果。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：专f；函日期：矽谚’哆-’第l章绪论第1章绪论1．1微纳光

3、学与微纳加工技术简介人类每一次加工和制造技术的发展，都带来工业和社会文明的进步。加工精度从微米级提高到纳米级，使人类对自然的认识和改造深入到了一个更新的层次。材料与结构在微纳米尺度展现了许多不同于宏观尺度的新特征，微纳加工技术已经成为当前科学研究与工业开发的热门领域之一。全球范围内正在为建立适应纳米尺度的新的集成方法和新的技术展开竞争，这些技术的突破将对信息产业和其它相关产业带来一场深刻的革命，由此获得的经济价值将是难以估量的。微小型化依赖于微纳尺度的功能结构与器件，实现功能结构微纳米化的基础是先进的微纳加工技术。随着微电子技术以及光通信产业的发展和应用市场的开发，集成电路的集成密

4、度越来越高，光电集成微系统及全光通信技术发展的要求日渐迫切。微纳加工技术已经成为现代科学技术的重要研究内容之一，许多前沿科学的进步和高新技术的突破将依赖于微纳加工技术的提高。微纳光学得益于微纳加工技术的进步n1，在各个应用领域均得到迅速的发展。微纳光学是一门复合型科学，涉及现代物理光学、应用光学、微电子学、电磁场理论及材料化学等多个领域，其研究对象是具有不同尺寸、深度，形状、分布各异的功能性微纳光学结构及微纳结构功能材料的设计理论和制备技术。图1—1是三类维纳光学基本功能元件／材料的典型结构。微纳光学正是通过这些微纳光学结构及功能材料对光波进行聚焦、成像、整形、滤波、导波、耦合、消

5、色差、局部增强等多种控制操纵功能。第l章绪论图卜1微纳光学基本功能元件／材料的典型结构(a)传统光学元件(Lens，prisms，mirrors)的结构列阵化集成典型结构(b)衍射微结构典型结构(c)纳米光子结构典型结构其中功能光学元件是实现微型全光集成系统的基础。包括折射／衍射型为光学元件、光波导、变折射率元件等。二元光学元件是一种典型的衍射型光学元件，上世纪80年代中期，美国MIT林肯实验室的威尔得坎普率先提出了“二元光学”的概念，二元光学有别于传统光学元件制造方法，基于衍射光学的原理，元件表面采用浮雕结构，由于采用二元掩模故称为二元光学，它可以以多种形式实现对光学系统的波前变

6、换，实现聚焦、整形、位相补偿等多种功能。但由于衍射效率及衍射色差的限制，应用上有一定的局限。(b)l÷÷I{l}÷+lI{入射光溺鍪翰溺缀戮磁缨辫锄鞫躺mt一撵溯嚣图卜2二元光学元件的集中应用举侧(a)微棱镜阵列(b)衍射微透镜列阵光聚能器(c)微透镜集成芯片2第1章绪论微纳结构功能材料包括光子晶体、纳米金属结构、纳米光子结构等。光子晶体和纳米金属结构属于光子带隙材料。1987年，E．Yablonovitch和S．John设想了一种新型的光子微结构，能够与半导体晶体对电子的作用一样，对光子产生类似的约束，并由此提出了光子晶体的概念啦，朝。光子晶体在通信领域、光电子器件以及计算机领域

7、均有着广阔的应用前景。例如光子晶体波导H，射、光子滤波、低损耗光纤、低阈值激光器、光子晶体超棱镜、光开关等等。图卜3光子晶体应用举倒(a)光子晶体波导(b)低损耗光纤(c)集成光子器件微纳加工技术与微纳器件的开发是相互依存又相互促进的。新型微纳器件推动微纳加工技术的进步，而微纳加工技术的进步反过来又会启发新型微纳器件的开发。微纳加工技术发展到今天已经有很多种针对不同用途不同材料的加工方法。早在2004年国际微纳米工程年会上，就曾有人总结出多达60种微纳加工方法。崔铮在