透明衬底光致导电网栅的设计与制作

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2~18GHz,红外3~12μm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5mm变为2.5mm、边长由4.9mm变为2.4mm时,网栅的中心谐振频率从13.2GHz变为14GHz.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6μm,边长误差小于5μm,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600nm光照射下测得的中心谐振频率从13.22GHz变为14.03GHz,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.     

槽栅型微结构用于红外色差校正的仿真与实验

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4.8μm和10.6μm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=400nm、L2=950nm,槽栅高度K=500nm;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4.8μm和10.6μm这两种波长下分别达到0~1.5π和0~2π范围的相位调制;L1=408nm,L2=944nm,K=495.32nm,表面粗糙度为16.32nm,相关参数在误差允许范围之内;4.8μm和10.6μm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。     

光控主动频率选择表面制作及光电性能研究

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23GHz变为28GHz。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CdCl_2、InCl_3、CuCl_2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30s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200mW/cm~2与波长为0.6μm的光照条件下,光控主动FSS的中心谐振频率从光照前的23.8GHz变为28GHz,与仿真结果一致。     

光电可调控频率选择表面

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、20.5GHz变为20.5GHz、29GHz、16.5GHz.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18GHz、24GHz、20GHz变为20GHz、28GHz、17GHz,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.