智能手持设备,如可穿戴设备、智能手机、平板电脑正在飞速发展,而且在人们的生活中越来越占有重要地位。这其中,随着人们对信息安全的要求不断提高,指纹识别技术在为人们的信息、财务、隐私保护方面提供有利帮助。按指纹图像采集方式分类,可分为光学式、电容式、射频式三大类。在手指接触时,相应的传感器通过探测相应物理量并转化为电学量形成指纹图像,然后通过指纹比对来识别一个人的身份。然而人们对于轻薄化、低成本、低功耗的追求永无止境,而目前电容式技术还存在着抗干扰性差的问题,超声波式技术则存在稳定性及成像质量问题,并且两者相对光学式技术成本更高,分辨率较低。光学式指纹识别系统凭借其高分辨率、低成本以及适用于大面积指纹采集而得到学术界和产业界的广泛关注。本文利用金属光栅对单色光的耦合特性,结合透明平板波导提出一种新型的轻薄透明光学指纹传感器。本文设计了一种双金属光栅的波导结构,其中:在波导的一侧制作金属光栅作为入射光的输入耦合器,将入射光衍射成在波导内传播的特定角度的探测光,在波导的另一侧制作输出耦合光栅进行耦合光输出,当手指按压位于波导中间的透明采样区时,探测光会获取手指表面的纹路信息,并于右侧耦合输出,图像传感器通过对输出图像的处理来获取清晰完整的指纹图像。本论文的主要研究内容包括:1.对应用光栅波导结构做指纹采集的系统进行设计和仿真。利用波矢图以及严格耦合波方法(RCWA)对光栅耦合特性进行了理论分析。探讨了金属光栅占空比、周期、刻蚀深度、波导层厚度、金属层厚度以及入射光角度对耦合效率的影响,在此基础上得到耦合效率与光栅结构参数的关系,得到了优化的光栅结构参数。进一步,我们利用Lightools光线追迹软件对整体模型进行仿真,探讨了波导内探测光角度对指纹采集的影响,得到了优化的探测光角度,并依此对光栅进行进一步的设计。2.根据前面的设计和仿真结果,我们利用激光干涉曝光和湿法刻蚀工艺制备出相应的结构。我们对金属纳米光栅的耦合效率进行测试,得到与仿真相当一致的结果。然后搭建光路,利用制备出的器件进行指纹采集实验,用CCD相机采集到指纹,随后我们对此原始图像进行图像处理,得到了满足识别要求的指纹图像。