基于表面等离子体光学聚焦器件的研究

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1、国内图书分类号：O432.1+1学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文基于表面等离子体的光学聚焦器件研究硕士研究生：马龙导师：金鹏教授申请学位：工学硕士学科：仪器科学与技术所在单位：自动化测试与控制系答辩日期：2012年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O432.1+1U.D.C.:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHOFOPTICALFOCUSINGDEVICEBASINGONPLASMO

2、NICSCandidate：LongMaSupervisor：Prof.PengJinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnologyDepartmentofAutomaticTestingandAffiliation：ControlDateofOralExamination：June,2012University：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘

3、要随着现代科学技术的飞速发展，生活、工业、国防等各领域对元器件的性能和尺寸的要求正在在不断提高，大规模集成电路和部分微纳米器件的尺寸已经达到了纳米量级，而且器件尺寸还在朝着不断缩小的趋势发展。同时，随着对器件尺寸的要求不断提高，加工难度与制造成本也在不断上升。本课题的研究目的是设计出一种兼顾亚波长尺度聚焦与低加工难度的光学聚焦器件。本文设计一种加工难度较低的亚波长聚焦器件。利用亚波长金属狭缝对表面等离子体波的相位延迟效应以及金属薄膜对光的异常透射作用，设计了可以实现准远场任意位置聚焦的低最大深宽比要求的多层非周期金属光栅

4、。通过时域有限差分方法进行数值仿真，表明对650nm的横磁模入射光，可以得到亚波长尺度的聚焦光斑。本器件设计中，对最大深宽比的要求低于10：1，最小线宽要求为20nm。本文对加工时各层金属光栅之间的对准误差进行仿真，得出此结构不但具有低深宽比要求的特点，同时还对各层结构加工时的对准精度不敏感的结论，可以通过现行主流加工工艺水平实现。本文最后还介绍了一种具有带通功能的光栅-菲涅尔混合透镜，在能对500nm入射光实现长焦深、超分辨聚焦的同时，还可消除对不在工作波段附近的杂散光的影响。本文所设计亚波长聚焦器件在激光直写，数据存

5、储以及用作光学探针等方面具有较大应用前景。关键词：亚波长聚焦；表面等离子体；金属光栅；混合透镜I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofmodernscienceandtechnology,therequirementfromlife,industrial,defenseandotherfieldsarecallingtheimprovingoftheperformanceandthedecreasingofthesizeofcomponents.ThesizeoftheLa

6、rgeScaleIntegratedcircuitandsomepartsofthemicroandnanodeviceshasreachedthenanometerscale,andthesizeofthedevicesisstilldevelopingtowardsaconstantlydownsizingtrend.Withtheincreasingdemandsonthesizeofthedevice,thedifficultyofprocessingandmanufacturingcostisalsorisin

7、g.Anopticalfocusingdeviceispurposedtodesignforsubwavelengthfocusing,balancingthefocalperformanceandthedifficultyofprocessing.Inthispaper,asubwavelengthfocusingdeviceisdesignedtofacilitateindustrialproduction.Thisdesignusesthedelaythephaseofthesurfaceplasmonresona

8、nceeffectsinasubwavelengthmetalslitandtheextraordinaryopticaltransmissioneffectofthemetalfilmforlight.Thedesignofmultilayeraperiodicmetalgratingcanachieveanypo