【摘 要】
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大功率半导体激光器在许多的领域中具有诸多广阔的应用,并且具有重量轻、体积小、寿命时间长以及高的光电转化效率等优势。在光通信系统中,根据目前光模块对小型化、集成化应用所需求的发展趋势,那么主要组成部件之一的半导体激光器在光模块中作为光源具有不可或缺的重要性,但是在半导体激光器内部的波导主要是由不对称的结构组成,使光束在发出的过程中快轴和慢轴都会使光束发生变化,并且会使其发出的光具有一定的角度以及在尺
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大功率半导体激光器在许多的领域中具有诸多广阔的应用,并且具有重量轻、体积小、寿命时间长以及高的光电转化效率等优势。在光通信系统中,根据目前光模块对小型化、集成化应用所需求的发展趋势,那么主要组成部件之一的半导体激光器在光模块中作为光源具有不可或缺的重要性,但是在半导体激光器内部的波导主要是由不对称的结构组成,使光束在发出的过程中快轴和慢轴都会使光束发生变化,并且会使其发出的光具有一定的角度以及在尺寸上存在差异性,因此我们需要对半导体激光器输出的光束进行波前整形的调控,以此来实现光通信模块在未来发展中的应用。因此这里就需要用到光学系统,但大部分的光学系统不符合小型化、集成化的需求,为了实现对本文的808 nm边发射激光器出光光斑进行波前整形的调控,采用超表面对激光发出的光束进行波前调控研究,实现对激光光束调控的光学系统达到小型化和更高的集成需求。本文使用在近红外波段有低反射特性和低吸收特性的石英玻璃（Si O2）作为衬底,开展了超表面器件结构设计、工艺流程和波前调控性能的研究工作,实现了超表面透镜对激光器光束的调控功能。利用等离子体增强化学的气相沉积法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD）技术在衬底上生长一层非晶硅（α-Si）350 nm厚的超表面材料,采用微纳加工技术对非晶硅进行退火处理,而退火处理能够消除薄膜内在的应力,进而提高薄膜的附着性;通过理论计算和模拟分析,设计了超表面的周期为280 nm,结构高度350 nm以及八组不同半径的圆柱结构。在微纳加工过程中,采用电子束曝光技术对超表面图形进行光刻,利用光刻胶作为掩模再结合磁中性环路放电（Magnetic Neutral Loop Discharge,NLD）等离子体刻蚀等工艺进行超表面结构的制作,成功制作出了超表面透镜器件;最终实现了超表面器件对光束的调控。基于上述的研究我们又设计了一种任意偏振多焦点的超透镜,能够将目标偏振和独立相位调制与纳米结构参数相关联的设计方案。能够同时独立地控制光的相位和偏振可以构建出各通道具有独立功能和偏振的多功能超表面,研究了从2个焦点到5个焦点的任意偏振多焦点超表面透镜,其中包括线偏振、圆偏振以及椭圆偏振。此外,通过调节不同纳米结构的数量,可以改变焦点之间的强度比。这种设计方案为实现超薄、高效率的超表面提供了一个新途径,超薄高效的超表面可以应用于许多潜在的应用领域,包括偏振图像,多路复用通信和多维全息图等方面。
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