依据半导体光电导效应分析了光致导电复合网栅调控机理, 阐明了光致导电复合网栅的设计思路与结构特点.结合透明衬底蓝宝石基片, 选取雷达波2~18 GHz, 红外3~12 μm波段为研究对象对复合网栅结构参数进行优化和仿真, 当网栅参数周期由5 mm变为2.5 mm、边长由4.9 mm变为2.4 mm时, 网栅的中心谐振频率从13.2 GHz变为14 GHz.采用衍射光栅同轴对准原理保证两次lift-off光刻工艺的对准精度, 制备的网栅周期误差小于6 μm, 边长误差小于5 μm, 满足实验要求.复合网栅的光学和电学性能测试结果为: 加载复合网栅的蓝宝石衬底样件与未加载的相比, 红外透过率曲线整体走势未发生变化, 透过率整体下降了7.8%左右, 与单独金属网栅相比相差3.4%, 符合红外透过损失规律.该复合网栅在敏感波长为600 nm光照射下测得的中心谐振频率从13.22 GHz变为14.03 GHz, 与仿真结果基本一致, 验证了光照对复合网栅电磁性能调控的可行性.

针对传统光学元件在红外波段色差校正方面存在系统结构复杂、光能损失严重、质量大等问题,以红外波段4.8 μm和10.6 μm存在的色差为例,将槽栅型表面微结构用于红外波段的色差校正;根据广义斯涅尔定律及时域有限差分(FDTD)理论计算微结构表面的相位分布,采用FDTD Solution软件仿真双方柱槽栅型微结构;设计两个槽栅型微结构宽度L₁=400 nm、L₂=950 nm,槽栅高度K=500 nm;采用离心式涂胶法、电子束光刻、离子刻蚀等一系列工艺技术,制备双方柱槽栅型微结构样品,分析胶膜厚度、曝光图像质量、刻蚀槽型的影响因素。结果表明:改变L₁和L₂的大小可实现在4.8 μm和10.6 μm这两种波长下分别达到0~1.5π和0~2π范围的相位调制;L₁=408 nm,L₂=944 nm,K=495.32 nm,表面粗糙度为16.32 nm,相关参数在误差允许范围之内;4.8 μm和10.6 μm这两个红外波段的峰值透过率分别为71%和64%;利用平行光位置色差测试原理测得两个红外波位置色差减小到30%,从而验证了槽栅型微结构器件对红外色差的校正作用。

为简化主动频率选择表面(FSS)器件结构,提高其谐振频率的操控性能,提出一种利用光电导薄膜的光照导电特性控制FSS结构尺寸变化的光控主动FSS。从理论角度阐述了FSS结构尺寸与中心谐振频率的关系。以十字带通型光控主动FSS为例,采用CST软件仿真得到光照前后的中心谐振频率,频率由23 GHz变为28 GHz。采用镀膜、电子束蒸发及光刻等工艺制作出光控主动FSS样件,分析了光电导薄膜中掺杂成分、退火温度、退火时间及光照频率、光照功率等因素对其光电性能的影响。结果显示:调节CdS、CdSe的分子数比(1∶1~5∶1)可改变敏感波长;调节CdCl₂、InCl₃、CuCl₂的比例可改变亮暗方块电阻比,实验中分子数比为(3.6∶2.6∶1.3)时效果最佳;退火温度为750 ℃、退火时间为30 s时光电导薄膜光电特性与欧姆接触达到峰值。测试结果表明:在功率为200 mW/cm ²与波长为0.6 μm的光照条件下,光控主动FSS的中心谐振频率从光照前的23.8 GHz变为28 GHz,与仿真结果一致。

为实现频率选择表面(FSS)谐振频率的光电可调控特性, 提出一种光电可调控频率选择表面.利用光电导薄膜光照导电特性控制金属FSS结构尺寸变化, 实现FSS的主动可调.理论阐述了光电导及FSS选频特性原理, 采用CST软件分别仿真了“Y”形带通型、“圆”形带通型和“Y”形带阻型三种FSS在光照时的频选特性.结果表明: 随着结构尺寸变化, FSS的中心谐振频率分别从18 GHz、25 GHz、20.5 GHz变为20.5 GHz、29 GHz、16.5 GHz.采用镀膜、刻蚀及电子束蒸发等技术分别制作了单元结构尺寸变化前的金属FSS, 以及变化后的金属与光电导薄膜结合的FSS, 并对样件进行测试, 结果表明: 中心谐振频率分别从18 GHz、24 GHz、20 GHz变为20 GHz、28 GHz、17 GHz, 与仿真变化趋势基本一致.采用该方法既可实现FSS中心谐振频率的可调控, 也可从结构上实现FSS带通型和带阻型的转变.