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基于亚波长光栅的纳米结构偏振和滤波器件,具有光能利用率高、带宽可调、角度不敏感性好和偏振度高等特点,通过微纳米制造技术进行制备,在未来新型低耗能平板显示、无油墨纳米印刷和安全防伪等领域具有广阔应用前景。本文提出了一种具有亚波长尺寸的介质-金属复合型光栅结构,用于可见光波段的透射式彩色偏振滤波显色。研究目标是设计出一种受光角大、透射效率高、大带宽且易于加工的偏振型彩色滤器件。本论文的主要研究工作概况如下:1、介绍用于亚波长光栅研究和设计的两种方法:等效介质理论(Effective-medium Theory,EMT)和严格耦合波理论(Rigorous Coupled Wave Analysis,RCWA)。重点针对一维三层亚波长光栅结构,利用严格耦合波理论分析和讨论了光栅衍射效率与光栅结构、入射光波条件和结构层材料等参数之间的影响关系。2、设计一种基于介质-金属复合型亚波长光栅结构用于红(R)、绿(G)、蓝(B)三色的偏振光彩色滤波,基于RCWA方法,利用Matlab编写程序,研究和分析彩色滤波器的TM偏振透射光谱随光栅厚度、光栅周期和光栅占空比变化而改变的特性,以及滤波器光谱在标准CIE1931色品图中的显示特性。研究表明,介质层厚度能有效增强基底与金属光栅之间的表面等离子体共振,从而提高透射光谱衍射效率;复合光栅厚度较大效影响光谱峰值,相对于光栅周期和占空比参数的影响高一个数量级;光栅的厚度、周期和占空比均对透射光谱的半值带宽有一定的影响(数十纳米),但是由于滤波通道的光谱带宽值较大,相应的颜色区域范围较大,因此滤波器允许的半值带宽变化量也相对较大。3、进一步优化了复合光栅结构参数,提出一种在同一基底上形成RGB三色通道的彩色滤波器结构,峰值波长分别为660 nm、510 nm和435 nm,TM偏振光峰值效率分别为82.6%、83%和83.2%,带宽分别为165nm、130nm和105nm;入射光波角不敏感性大于45°。本论文所涉及的光栅结构可适用用于各种透射式偏振显色的滤光器件中,在相关领域具有潜在的应用价值。