基于微纳光栅结构的飞秒激光加工应用研究
飞秒激光加工形成各种微纳米结构在光子晶体、光存储、微光电器件等领域具有光明的应用前景。本文的研究目标是针对飞秒激光加工微纳光栅结构的应用进行分析。着重分析了利用圆偏振飞秒激光加工形成彩色金属的独特之处。当改变入射光照射角度，色彩表面颜色在不同的复合色之间过渡，色泽有明暗变化，在慢慢变化观测角度时颜色图案变化并不明显。 飞秒激光加工微纳光栅结构也可以应用与光电器件上。提出依据飞秒激光加工微纳光栅结构结合表面等离子效应进行器件性能增强。对具有纳米光栅结构辅助的MSM光电探测器进行了理论分析并建立模型，随后根据FDTD solutions对结构进行仿真，分析了金属光栅占空比、金属光栅厚度以及亚波长孔径间距三个参数对于探测器性能的影响。本文的主要研究内容如下: 根据实验需要搭建一套完整的飞秒激光加工系统，介绍相关时域有限差分法的理论以及FDTD Solutions软件的仿真步骤。 通过搭建的飞秒激光加工系统在在金属铁和不锈钢表面加工出微纳结构，SEM观察金属表面的加工区域，线偏振飞秒激光在金属表面形成了纳米量级的NC-LIPSS，可看做光栅结构，圆偏振飞秒激光处理后的表面纳米结构则以金属光栅和纳米颗粒为主，并根据该结构在FDTD solutions软件中分析了不同光栅结构的吸收性能。然后着重分析了圆偏振飞秒激光处理铁表面色彩的结果，证明了圆偏振激光在制备结构色上具有一定的独特之处。 根据飞秒激光可以加工微纳光栅结构的特性，将其应用与光电探测器的制作上。对通过铝纳米光栅辅助的SPPs增强的金属·半导体-金属光电探测器进行结构设计与优化。通过理论分析、建立模型和仿真分析，对金属光栅占空比、金属光栅厚度、亚波长孔径间距三个参数对于探测器性能的影响做出分析。所设计的结构，即亚波长孔径间距xw保持在50nm，有源层厚度hs保持在30nm，金属光栅厚度hg保持在120nm，光栅占空比DC=0.4，即为实验模型最佳的器件结构参数。优化的铝纳米光栅辅助基于表面等离子体激元的金属-半导体-金属光电探测器在900nm光波段大约获得15％光反射因子。该结果对高吸收纳米光子器件的设计和制造提供了指导。
飞秒激光加工;微纳光栅;圆偏振;表面等离子体;光电探测器
安徽大学
硕士
检测技术与自动化装置
苏亚辉
2016
中文
TN256;TN305.7
72
2016-09-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）