摘要：微納光學(xué)結(jié)構(gòu)技術(shù)是指通過在材料中引入微納光學(xué)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)新型光學(xué)功能器件。其中表面等離子體光學(xué)、人工負折射率材料、隱身結(jié)構(gòu)，都是通過引入微納結(jié)構(gòu)控制光的衍射和傳播，從而實現(xiàn)新的光學(xué)性能。從這個角度來講，微納光學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制造是微納光學(xué)發(fā)展的共性關(guān)鍵技術(shù)問題，微納光學(xué)是新型光電子產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。 >\e11OU0Gy  
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關(guān)鍵字：微納光學(xué) ；納米制造；微納光學(xué)產(chǎn)業(yè)； #pZ3xa3R  
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Abstract： Micro-nano optical structure technology refers to through the introduction of micro-nano optical structure in the material, implement new optical functional devices. The surface plasmon optics, artificial negative refractive index materials, stealth structure, through the introduction of micro-nano structure control of light diffraction and transmission, so as to realize the new optical performance. From this perspective, micro-nano optical structure design and manufacture is the universal key technical problems in the development of micro-nano optics, micro-nano optics is a new important development direction of optoelectronic industry. J-U}iU|  
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Key words  :  micro-nano optics; nanofabrication; micro-nano optical industry 7}Gy%SJ`  
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1.微納光學(xué)技術(shù)的多種應(yīng)用 \ZC7vM"h  
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1）加工新型光柵 M*x_1h5n  
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借助于大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)，可以加工出新型的光柵。光柵是個實用性很強的基本光學(xué)器件，在23ARTICLE | 論文激光與光電子學(xué)進展2009.10光譜儀、光通信波分復(fù)用器件、激光聚變工程、光譜分析等領(lǐng)域中大量使用。傳統(tǒng)的表面光柵不論是機械刻畫光柵，還是全息光柵，其表面的光柵結(jié)構(gòu)是很薄的。明膠或光折變體全息光柵的光柵厚度較厚，由于制造工藝的一致性、溫度穩(wěn)定性和長期穩(wěn)定性問題，在實際應(yīng)用時仍然有限制。 76 y}1aa  
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2）制作深刻蝕亞波長光柵 wDsEx!\#  
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采用激光全息、光刻工藝和半導(dǎo)體干法刻蝕工藝可以加工出深刻蝕亞波長光柵。其簡化的基本工藝流程如圖 1 所示。首先，采用激光全息產(chǎn)生高密度光柵的光場；其次，通過光刻工藝，在光刻膠上做出光柵掩模；最后，通過反應(yīng)離子或高密度等離子體等半導(dǎo)體干法刻蝕技術(shù)，加工出深刻蝕的表面光柵。 H*Yyo?  
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通過在普通石英玻璃中引入深刻蝕光柵結(jié)構(gòu)，如圖 2 所示，就可以實現(xiàn)一系列實用的光學(xué)器件。圖 2(a)所示的高效率光柵，衍射效率理論值為 98%，可以實現(xiàn)偏振無關(guān)結(jié)構(gòu)，也就是對于 TE，TM 偏振入射光均可以實現(xiàn)很高的衍射效率。圖 2(b)所示為偏振分束器件，也就是將 TE，TM 偏振方向的光完全分開，表現(xiàn)出類似于晶體的偏振分光性能。圖 2(c) 所示為在二次布拉格角度下工作的分束光柵。圖 2(d) 所示為高效率 1×3 分束器，衍射效率可以高達 98％，和商品化的 1×3 分束器（衍射效率 75％）相比，衍射效率要高出23%, 具有重要的應(yīng)用前景。 g;-CAd5  
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3）可實現(xiàn)多種新型光學(xué)元件 s>kzt1,x  
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利用微納光學(xué)技術(shù)，結(jié)合數(shù)字編碼技術(shù)，還可以實現(xiàn)更多新型的光學(xué)元件，例如偏振透鏡 。所謂偏振透鏡就是可以僅對一個偏振光成像，而對另外一個偏振光則完全濾除。眾所周知，光學(xué)透鏡是一個基本的光學(xué)元件。一般來說，普通的光學(xué)透鏡沒有偏振特性，對于不同偏振光的成像功能完全一樣。如果要想實現(xiàn)偏振控制功能，則必須附加上起偏器等元件，這將使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本昂貴、體積龐大。最近發(fā)明的一種微納結(jié)構(gòu)數(shù)字編碼的“偏振透鏡”能夠?qū)崿F(xiàn)對任意偏振光成像的功能，如圖 3 所示。它利用光學(xué)表面的微結(jié)構(gòu)實現(xiàn)偏振選擇功能和數(shù)字編碼實現(xiàn)透鏡成像功能，使普通光學(xué)材料通過引入微納光學(xué)結(jié)構(gòu)，就可以實現(xiàn)偏振成像的功能。其優(yōu)點是體積小、重量輕，通過大批量復(fù)制技術(shù)，可以實現(xiàn)低生產(chǎn)成本，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。 |[*b[O 1W  
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4）提高能源的利用效率 "Li"NxObCA  
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利用微納光學(xué)器件，可以為目前大力提倡的“節(jié)能減排”做貢獻。例如，光學(xué)表面一般是有反射，如圖4(a)所示，在利用太陽能或提高半導(dǎo)體激光器的出光效率時，會帶來光能的損耗。人們很早就知道，光學(xué)表面的微納結(jié)構(gòu)會起到增加透射、減少反射的作用。由于隨機表面結(jié)構(gòu)加工的便利性，這方面的實驗論文大量報道。采用隨機微納結(jié)構(gòu)確實能起到一定減反的效果，但對其物理本質(zhì)深究的并不多。我們的觀點認為這是由于漸進的光學(xué)表面等效折射率而導(dǎo)致的，而且這個漸進的光學(xué)表面等效折射率應(yīng)該是線性增加的，這樣才能夠保證光波波前不會受到附加的擾動或干擾，從這個角度來講，三角形的表面微結(jié)構(gòu)是最完美的，如圖 4(b)所示。而隨機的光學(xué)表面微結(jié)構(gòu)會引入附加干擾。而采用光柵模式方法就可以很好理解內(nèi)在的物理過程 。這個觀點對于提高太陽能接受器件的用效率以及半導(dǎo)體激光器件的出光效率，有重要應(yīng)用價值。在光顯示中，利用納米光學(xué)結(jié)構(gòu)的寬帶偏振效應(yīng)，可以提高光能利用率。在手機顯示等應(yīng)用中，利用微納米結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)效應(yīng)，可以有效控制光的能量分布，提高光能利用率，如圖5所示 。 rwU[dqBRhc  
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5）可應(yīng)用于高端光學(xué)的場合 hse$M\5  
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