亚波长金属偏振光栅设计与分析.pdf

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1、2015年第34卷第2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)79DOI：10．13873／J．1000--9787(2015)02-0079--03亚波长金属偏振光栅设计与分析康宁，唐军，李大林，陈萌，杨江涛，郭浩，刘俊(中北大学电子测试技术国防重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051)摘要：为解算大气偏振态来实现精确导航，基于严格耦合波分析，设计了适用于复眼结构的亚波长金属偏振器。针对不同周期、占空比和金属层厚度的单层、双层金属光栅进行了仿真分析，结合实际工艺水平和加工成本，最后选定周期200nm，占空比0．

2、5，深度200nm，金属层厚度100nm的双层金属光栅作为复眼结构的检偏器，设计的双层金属光栅在中心波段450nm的蓝光(400—500nm)TM偏振光透射率为45％，消光比达到450，达到用于偏振导航的要求。关键词：亚波长金属光栅；严格耦合波分析；周期；占空比；金属厚度中图分类号：TN16文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)02‘-0079-03Designandanalysisofsub-wavelengthmetalp0lanzatl0ngratingKANGNing。TANGJun，LIDa-lin，CHENMeng，YANGJiang—tao，GUOHao，LI

3、UJun(NationalKeyLaboratoryforElectronicMeasurementTechnology，KeyLaboratoryofInstrumentationScience&DynamicMeasurement，MinistryofEducation，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：Inordertoresolveatmosphericopticspolarizationpatternforaccuratenavigation，asub—wavelengthmetallicpolarizeris

4、designedbasedonrigorouscoupled-waveanalysis(RCWA)，whichissuitableforstructureofcompoundeye．Aimingatsingleandbi—layermetallicgratingwithdifferentperiod，dutycycleandmetallayerthicknessaresimuhatedandanalyzed，actualtechnologicallevelandcostintoconsideration，bi—layermetallicgratingwithperiodof200nm，du

5、tycycleof0．5andmetallayerthicknessof100nmischosenforpolarizerofcompoundeye，TMpolarizedlighttransmittanceofbluelightincentralband450nmofthedesignedbi—layermetallicgratingachieve45％，andtheextinctionratioachieve450，satisryrequirementsforpolarizationnavigation．Keywords：sub·wavelengthmetalgrating；rigor

6、ouscoupled—waveanalysis；period；dutycycle；metalthickness0引言于±O．1。。太阳光在传输过程中因大气的散射作用而产生偏振为了检测天顶各方向的偏振信息，就需要设计多个子光，并形成的特定的偏振态分布⋯。这种大气偏振模式以眼组成的复眼结构，每个子眼就相当于一个偏振光探测太阳子午线为中心线对称线分布，包含了丰富的方位信息。器。要实现对大气偏振光的精确的检测，设计性能优越的许多生物就能感知到大气偏振光分布的模式，并以此来精偏振器是其中关键。由于传统的偏振片体积过大不易于集确导航定位。基于偏振光在导航中的广泛应用前景，成，而通过电子束光刻、干法刻蚀

7、、纳米压印等MEMS工艺国内外纷纷对光学偏振传感器展开了研究。Lambrinos加工可得到具备亚波长结构的金属偏振光栅具备体积小、D用偏振器件模仿生物复眼测量光的偏振，并且在移动利于集成和偏振性能好等优点，是作为子眼结构检偏器的机器人上构建的偏振罗盘获得了成功应用。IkedaSl5等理想选择。人通过电子束刻蚀在两玻璃基底上分别制作了金属偏振光本文以单层、双层金属光栅结构为基础，针对于中心波栅，粘合2片玻璃基底后与光电二极