仿生蛾眼抗反射微結構光學機理研究.pdf

1、飛蛾眼表面是由六角形排列有序的微納結構陣列構成，這種表面微納結構尺度小于可見光波長，使得光波無法辨認出該微納結構，其結構層可等效為折射率沿深度方向呈連續(xù)梯度變化的漸變折射率膜層，可減少折射率急劇變化所造成的反射現象，使得飛蛾復眼對光具有極低的反射系數。同時，仿生蛾眼抗反射微納結構具有結構穩(wěn)定性好、寬入射角和寬譜段等抗反增透特點，使其在諸多領域具有巨大的應用潛力。
　　本文介紹并總結了亞波長微結構電磁波矢量衍射理論，重點討論了基于嚴

2、格耦合波分析方法的一維光柵與二維光柵的數值計算實現過程，利用光柵衍射瑞利展開形式推導出各級衍射波倏逝條件，并對其各自的偏振特性進行分析。根據分析提出了基于一維光柵將不同偏振態(tài)光分束至不同衍射級次的三種不同分光模式的光柵結構，即反射型、半反半透型和透射型。并使用時域有限差分法(FDTD)進行仿真模擬驗證，分析了三種光柵的光譜特性以及制造容差大小，為光束偏振提供了一種新思路。
　　應用嚴格耦合波分析理論，編制程序進行微結構陣列的衍射特

3、性數值計算仿真分析，重點分析“蛾眼”微納結構的工作波長、結構周期、刻蝕深度、結構直徑及輪廓形狀等微結構參數與反射波能量和透射波能量的關系，并進行抗反射光譜寬度分析及結構尺寸容差分析，為微納結構周期參數的具體設計與加工提供了理論依據和設計方法。分析結果發(fā)現結構周期與工作波長的比值直接影響了微結構陣列的抗反增透特性，并與高級次衍射波發(fā)生倏逝的臨界角相關。引入圓錐度系數使圓柱形、圓臺形和圓錐形微結構輪廓表達式連續(xù)統(tǒng)一，從而指出其各自結構參數選

4、擇的原則與規(guī)律，并分析了實際刻蝕產生的邊緣鈍化對微結構抗反射性能的影響。
　　利用數值計算仿真分析結果，設計了圓柱形、圓孔形、圓錐形、高斯面形和拋物面形等微結構陣列的尺寸參數和容差要求。制作上采用二元光刻技術、激光直寫技術、濕法刻蝕技術、反應離子刻蝕技術及電子束光刻技術等在紅外材料及人造石英玻璃(JGS1型)上對各種不同形狀的“蛾眼”抗反射微納結構陣列進行制作。分析了不同工藝方法適用范圍和優(yōu)缺點，同時通過大量實驗研究了刻蝕氣體流量