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红外与太赫兹衍射光学器件的设计与制作

作　者: 魏明月
导　师: 张新宇
学　校: 华中科技大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 红外太赫兹单步光刻两步湿法腐蚀 G-S算法相位调制振幅调制
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

湿法腐蚀工艺是制作衍射微光学元件的一个重要方法。该方法基于硅的特定晶向特性,利用微电子加工工艺在硅基片表面制作多种复杂的微细结构。相比其他方法,本文研究的湿法腐蚀工艺,仅需单步光刻和两步湿法腐蚀就能够制作出表面形态良好、微细结构较为复杂的衍射器件。具有方法简便,易于控制及成本较低等特点。本文采用湿法腐蚀工艺,设计和制作红外、太赫兹波段的振幅调制衍射光学元件。在红外波段选取中红外(3-5微米)和远红外(8-14微米),在太赫兹波段选取118.83微米、122.4微米和158.51微米这三个波长的太赫兹波等作为研究对象,完成相应的微结构设计与器件制作。整个流程所包括的四个环节依次为:计算相位图、设计光刻版图、两步湿法腐蚀工艺及性能测试。首先以菲涅尔衍射理论为基础,采用G-S算法计算所需的相位分布。其次结合硅晶向特性,将相位图转化为光刻版图。两步湿法腐蚀工艺是本文工作的核心内容,各向异性腐蚀和腐蚀自停止原理是该工艺的理论基础。在两步湿法腐蚀工艺中,通过第一步腐蚀得到尺度不同的倒金字塔结构,通过第二步腐蚀得到特定深度的复杂台阶结构。最后,对所制作的衍射光学器件进行测试,包括表面粗糙度测试、台阶轮廓测试、波前测试和光学成像测试。实验结果表明:采用湿法腐蚀工艺制作的衍射光学元件,具有表面粗糙度可以满足要求,台阶结构显著,对光波具有较理想的相位调制和振幅调制效能等特点。

红外与太赫兹衍射光学器件的设计与制作

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