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二氧化锆衍射光栅的制备

作　者: 王哲哲
导　师: 赵高扬
学　校: 西安理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 溶胶-凝胶 激光干涉 二氧化锆 光栅衍射 薄膜
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


随着衍射光学元件在现代通讯、空间技术、超精加工、信息处理及生物医学等众多领域的广泛应用，与之相关的设计、分析与制备成为目前微光学和集成光学研究的前沿领域。本论文的重点基于发展一种新型的感光材料，结合激光干涉技术制备具有高性能的亚微米级衍射光栅及其阵列，并研究其光学特性。这些研究对于发展以光子作为载体的新型微光学器件具有重要意义。本研究合成了具有紫外感光性的含锆溶胶，并采用提拉法在硅和石英基板上制备出感光性ZrO2／BzAc凝胶薄膜。对凝胶薄膜进行紫外、红外波谱测试，结果表明该薄膜在紫外区具有良好的感光性。XRD分析结果表明：经过600℃热处理20min，凝胶薄膜转化为无机薄膜，为四方相ZrO2。采用该研究合成的感光性ZrO2／BzAc凝胶薄膜结合激光干涉法可以制备面积较大，分布均匀的高密度光栅。实验设置了双光束干涉系统制备出最小周期尺寸达300nm的高密度光栅，表明ZrO2／BzAc凝胶薄膜的光学分辨率小于150nm，并通用双曝光法制备出不同周期的二维格子（布拉格光栅）和点阵。自行设计了一种四光束干涉系统，并利用该系统成功地制备出周期1000 nm的二维布拉格光栅。微观形貌分析表明，四光束干涉制备的格子栅孔形状呈圆形，边缘陡直。与双光束双曝光相比，四光束干涉具有更好的调制度和精确度。系统研究了光栅的衍射特性和衍射效率。结果表明光栅衍射严格遵循多缝干涉理论，通过化学刻蚀提高光栅的深宽比以及对光栅进行表面镀金处理以改善其反射特性都可以有效提高光栅的衍射效率。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 引言  8-18
  1.1 衍射光学的兴起与发展  8
  1.2 衍射光栅的发展和应用前景  8-12
    1.2.1 衍射光栅的发展  8-9
    1.2.2 衍射光栅的应用  9-12
  1.3 衍射光栅的微细加工技术  12-15
    1.3.1 传统的微细加工方法  12
    1.3.2 激光微细加工  12-14
    1.3.3 其他的微细加工方法  14-15
  1.4 论文的研究目的和意义  15-16
  1.5 论文主要研究内容  16
  1.6 本课题的创新点  16-18
2 实验方法及设备介绍  18-22
  2.1 实验技术路线  18
  2.2 实验设备和测试仪器  18-20
    2.2.1 溶胶及其薄膜的制备设备  19
    2.2.2 微细加工设备  19
    2.2.3 性能测试仪器  19-20
  2.3 实验所需要的主要试剂  20-22
3 感光性薄膜的制备及其性能研究  22-26
  3.1 溶胶的配制和感光性凝胶薄膜的制备  22
  3.2 感光性能研究  22-25
    3.2.1 紫外光谱分析  23
    3.2.2 红外光谱分析  23-25
  3.3 结构性能测试分析  25
  3.4 小结  25-26
4 一维光栅的制备及其性能研究  26-38
  4.1 激光干涉法制备一维光栅  26-28
  4.2 光栅的性能分析  28-33
    4.2.1 表面形貌分析  28-31
    4.2.2 衍射特性分析  31-33
  4.3 光栅的化学刻蚀  33-36
    4.3.1 刻蚀剂的选择  33-34
    4.3.2 刻蚀过程  34-35
    4.3.3 结果分析  35-36
  4.4 小结  36-38
5 二维光栅的制备及其表面形貌分析  38-52
  5.1 紫外掩膜法制备微光学点阵  38-39
    5.1.1 制备方法  38-39
    5.1.2 表面形貌分析  39
  5.2 双光束双曝光制备二维光栅  39-46
    5.2.1 制备方法  39-41
    5.2.2 表面形貌分析  41-46
  5.3 四光束干涉制备布拉格光栅  46-50
    5.3.1 制备方法  46-48
    5.3.2 表面形貌分析  48-50
  5.4 小结  50-52
6 二维光栅的衍射特性分析  52-60
  6.1 二维点阵的性能测试分析  52-54
    6.1.1 实验过程  52-53
    6.1.2 结果分析  53-54
  6.2 二维布拉格光栅的衍射性能测试分析  54-58
  6.3 小结  58-60
7 结论  60-62
致谢  62-64
参考文献  64-72
作者在硕士期间撰写和发表的论文  72

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 光学仪器
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