亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊特性, 采用严格耦合波法设计并制作了一种柔性双层金属光栅偏振器, 通过纳米压印技术在方形的 PC（Polycarbonate, 聚碳酸酯）上制备了周期为 278 nm, 深度为 110 nm, 占空比为 0.5的亚波长光栅, 通过磁控溅射技术在制作的介质光栅上沉积了 70 nm的金属铝层, 制作了具有双层金属结构的柔性双层金属光栅偏振器, 并用光谱测试系统进行了简单的性能测试。实验结果表明, 当入射光波长范围在 350～800 nm时, 制作的柔性双层光栅偏振器偏振特性优良, 且具有非常高的透过率和消光比, 分别高达 48%和 100000。该制作工艺只由纳米压印和金属蒸镀完成, 省去了复杂的涂胶、剥离及刻蚀, 因此在大批量生产偏振器方面具有很明显的优势, 可普遍用于光探测器件、光电开光等半导体光电子器件的制作过程。

亚波长周期结构光栅具有传统光栅所不具有的特殊特性,因此利用纳米压印技术在方形的PC(Polycarbonate,聚碳酸酯)上制作了一种亚波长金属纳米光栅偏振器,其周期为278 nm,深度为110 nm,占空比为0.5,沉积的金属铝层为70 nm。然后采用光谱测试系统对制作的亚波长金属光栅偏振器进行了简单的性能测试。实验结果表明:当入射光波长在600 nm时,制作的亚波长金属光栅偏振器具有较好的偏振特性,其TM偏振光透射效率高达55%,且消光比高达32 dB。另外,利用实验室前期制作的6通道传感器对制作的偏振器性能进行了测试,测试结果显示制作的偏振器的平均误差为0.2002°,最大误差为1.105°,标准误差为0.7255°。该制作工艺只涉及纳米压印工艺和金属蒸镀工艺两个工艺步骤,制作过程不涉及压印胶的涂覆、剥离和刻蚀工艺,因此在低成本、批量化制作大面积的偏振器方面具有很明显的优势,可普遍用于光探测器件、光电开光等半导体光电子器件的制作。

为了优化器件的结构参量, 把光栅结构的周期、高度、占空比作为优化的粒子, 采用粒子群优化算法和严格耦合波分析算法, 对粒子群中粒子的适应值进行了比较, 对金属-介质光栅滤光片结构进行了理论分析和仿真优化, 在一定范围内找到最优参量。结果表明, 根据MATLAB仿真结果进行优化, 得到周期为0.300μm, 金属光栅厚度为0.035μm, 介质光栅厚度为0.400μm, 光栅占空比为0.77; 在TM光垂直入射时, 该结构对波长为0.65μm的红光透射率达到80.27%, 旁带透射效率不超过15%; 该结构实现了特定波长光的高效透射, 从而实现了滤光。该结构为亚波长光栅的设计、制备研究和实际应用提供了参考。

光学系统表面的反射与材料的吸收会降低空间调制傅里叶变换红外光谱仪中光的透过率。 通过对干涉系统透过率函数的计算和对采样干涉图与复原光谱的仿真, 结果显示透过率函数作用下的干涉图像对比度下降, 复原光谱中的谱线强度发生衰减。 分析表明, 干涉图像对比度的下降主要是由分束器对入射光的有效反射引起的, 而谱线强度的衰减则是由与增透膜的光强反射率R1、 分束膜的光强反射率R2和材料的吸收系数α有关的透射效率函数所决定。 通过分析论证, 对于本文所研究的光谱波段, 可以不考虑材料的吸收, 所以透射效率主要由R1和R2决定。 由此, 将透射效率作为设计指标, 根据系统的设计需求, 就可以得到增透膜与分束膜光强反射率的容限值。

基于严格耦合波理论分析了光栅面形误差对亚波长金属光栅偏振器偏振性能的影响.通过对数值结果的分析发现,光栅圆角误差、光栅侧壁倾斜误差和光栅表面粗糙误差对光栅的TM透射效率影响不大,但它们使得光栅的消光比明显降低.因此,面形误差使得光栅的偏振性能明显降低.理论分析表明,顶角为直角、侧壁垂直和表面光滑的理想矩形光栅结构的偏振性能最好.