纳米级联金属光栅宽角度滤光特性及其制备研究

彩色滤光片的光能利用率约为27%，是LCD光能利用率低于5%的最主要原因，因此, 探索并研究高光效的彩色滤光片具有具有重大价值和产业需求。本项目提出利用纳米级联金属光栅结构实现宽角度偏振滤光效应，通过不同结构的设计，实现偏振彩色滤光，重点研究导模共振效应与表面等离子共振效应之间的作用和减弱耦合共振输出角度敏感性的物理机制，探索基于"纳米级联金属光栅"的高光效宽角度偏振滤光特性；实验上，探索通过纳米干涉光刻和斜角金属沉积(Oblique angle metal deposition)技术制作纳米级联金属光栅的方法，制备基于不同结构、金属光栅厚度、分布的纳米级联金属光栅的滤光片，并检测其宽角度滤光和偏振性能。项目利用高折射率介质光栅增强共振波长衍射效率，深入探讨减弱共振光谱角度敏感性的机制，并实验上研制具有100nm带宽、30 视场、偏振的宽带滤光结构样品，为提高LCD的光能利用率奠定基础。

针对新兴产业如新型显示、新材料等领域的节能环保需求，本项目致力探索不同级联形式下的金属-介质光栅结构的滤波特性、偏振分束特性，分析了结构参数对近场、远场光学特性的影响，重点探讨了导模共振效应与表面等离子共振效应之间的作用，详细分析了不同级联方式对输出光谱角度敏感性的影响。. 根据斜蒸镀角的不同，设计了三种典型金属-介质光栅级联结构，根据其近场光学特性，探讨了影响透射光谱角度敏感性的机理，并分析了定向斜蒸镀角对透射光谱角敏性的影响，实现40度入射角下的宽角度滤波设计，透射光谱带宽约 100nm，中心光谱透过率大于70%；设计了金属光栅-介质光栅级联结构，分析了导模共振效应与表面等离子共振效应对透射光谱的作用，获得偏振滤波输出，光谱带宽约100nm，中心光谱透过率大于70%，偏振消光比大于30dB，该设计可与微透镜薄膜组成宽角度复合结构；设计了基底-高折射率介质层-介质光栅-金属光栅级联结构，获得宽角度偏振分束输出，偏振消光比大于32dB，该设计可与宽角度滤波结构组合成复合结构，实现宽角度偏振滤波；基于微腔共振原理，提出基底-金属-介质-金属级联结构以及基底-金属-介质-金属光栅的级联结构，分析其光谱特性，分别获得带通滤波、带阻滤波输出，可与微透镜阵列相结合，应用于彩色动态放大薄膜设计。. 实验制作了金属-介质光栅级联结构，测定了不同薄膜厚度下金属薄膜的折射率参数，分析了蒸镀的金属薄膜折射率与理论值的区别，以及其对光谱特性的影响，给出不同结构特征的级联光栅结构样品，为级联光栅结构在新型显示、新材料等领域的应用提供基础。