Введение 3
1 Литературный обзор 4
1.1 Датчики угла поворота 4
1.2 Метаматериалы и метаповерхности 7
1.3 Резонанс стелющейся моды в метаповерхностях 9
1.4 Использование метаповерхностей для создания датчика угла поворота 10
1.5 Чувствительность ДУП на основе метаповерхностей 14
2 Создание метаповерхности 16
2.1 Определение ожидаемых параметров структуры 16
2.2 Закупка подложек из кварцевого стекла JGS3 18
2.3 Напыление покрытия из Ta2Os 18
2.4 Нанесение литографической маски 18
2.5 Ионное травление слоя из Ta2Os 21
2.6 Удаление литографической маски 21
3 Анализ параметров полученной метаповерхности 22
3.1 Анализ параметров структуры на СЭМ 22
3.2 Анализ параметров структуры на СЗМ 24
3.3 Элементный анализ структуры методом РСМА 26
4 Моделирование свойств метаповерхности 28
5 Эксперимент 30
5.1 Экспериментальная установка 30
5.2 Результаты эксперимента 32
5.3 Выводы 35
Заключение 36
Благодарность 37
Список литературы 38
Одной из главных тенденций в разработке современных оптических технологий является миниатюризация их элементов. В настоящее время уменьшение размеров большой части классических оптических элементов, таких как линзы, зеркала, светофильтры, столкнулось с фундаментальными ограничениями. В связи с этим начался поиск новых концепций и принципов, на которых могут быть разработаны оптические элементы намного меньших по сравнению с современными размеров. Одним из возможных решений обозначенной проблемы стало использование метаповерхностей [1]. Метаповерхности благодаря их удивительным свойствам позволяют уменьшить размеры оптических элементов на порядки.
Данная работа посвящена исследованию и созданию такого оптического элемента, как датчик угла поворота, на основе наноструктурированной метаповерхности. В настоящее время датчики угла поворота активно используются в робототехнике, автомобильной промышленности, системах определения скорости, системах навигации и позиционирования [2].
Целями данного исследования являются создание датчика угла поворота на основе наноструктурированной метаповерхности в виде субволновой решетки с заданными параметрами, анализ параметров полученной структуры с помощью современных методов исследования (СЭМ, СЗМ, РСМА), компьютерное моделирование свойств полученной метаповерхности в программном пакете COMSOL Multiphysics и постановка эксперимента по определению спектральных свойств полученной структуры при её повороте.
В выпускной квалификационной работе описан полный цикл создания датчика угла поворота на основе наноструктурированной диэлектрической метаповерхности. Был пройден путь от теоретического описания проблемы до экспериментального воплощения. Важной частью исследования стало изготовление метаповерхности с помощью техники фотолитографии. Большая часть исследования посвящена анализу параметров полученных метаструктур. Для изготовленной структуры было проведено моделирование её спектральных свойств. Полученные в результате эксперимента данные были сравнены с теорией, после чего был сделан вывод, что изготовленная метаповерхность может быть использована в качестве датчика угла поворота.
В дальнейшем планируется продолжить исследование для более сложных структур с целью создания датчика угла поворота, способного измерять углы поворота относительно трёх ортогональных осей.
