Um die Probleme der anormalen Orientierung und Effizienzverluste durch das direkte Benetzen von subwellenlängigen goldenen Gittern mit Flüssigkristallen zu adressieren, benötigen raumzeitliche Lichtmodulatoren mit subwellenlängigen Charakteristikengrößen eine optimierte Ankerlösung, die sowohl prozesstechnische Einfachheit als auch Leistungs-vorteile vereint. Zu diesem Zweck wird in diesem Artikel eine neue Ankerlösung vorgeschlagen: Verwendung von Polymethylmethacrylat (Polymethyl Methacrylate, PMMA) als Fotolack zur Herstellung des goldenen Gitters sowie als Material zum Füllen der Nuten und zur Verankerung auf dem Substrat der Flüssigkristallzelle. Dies vereinfacht den Herstellungsprozess, sorgt für eine gleichmäßige Orientierung und vermeidet Benetzungsprobleme. Um die Ankerungsregeln beim direkten Kontakt zwischen subwellenlängigem Goldgitter und der Flüssigkristalloberfläche zu untersuchen und die Leistungsgrenzen der direkten Benetzung zu bestimmen, wurde zunächst die Methode der direkten Verankerung des Flüssigkristalls auf der Goldgitternoberfläche angewendet, wobei mittels orthogonaler Polarisationsmikroskopie die Orientierung der Flüssigkristallmoleküle beim Benetzen des subwellenlängigen Goldgitters im Flüssigkristall untersucht wurde. Es wurden zwei Gruppen von Flüssigkristallzellen mit einer Ausrichtung des unteren Substrats parallel und senkrecht zu den Gitterlinien hergestellt, wobei beobachtet wurde, dass die Flüssigkristallmoleküle im subwellenlängigen Goldgittermuster entlang der Gitterlinien ausgerichtet sind, was zu einer verdrehten Anordnung führt. Diese Anordnung entspricht nicht dem bevorzugten parallelen Ankermodus der klassischen Phasenmodulatortechnologie und steht senkrecht zur Polarisationsrichtung der resonanten Oberflächenplasmon-Polaritonen (Surface Plasmon Polaritons, SPP) des Goldgitters, wodurch die Resonanz des Gitters die durch die Flüssigkristallmodulation verursachten Änderungen nicht effektiv erfassen kann, um eine dynamische Modulation zu erzielen. Basierend auf den experimentellen Beobachtungen der Grenzflächenorientierung wurde die Software TechWiz 3D verwendet, um die Änderung des Flüssigkristall-Ausrichtungsvektors an der Unterseite des Goldgitters unter elektrischer Anregung zu simulieren, wenn die Nuten mit PMMA bzw. mit Flüssigkristall gefüllt sind, und die Änderung des effektiven Brechungsindexes des Flüssigkristalls an der Unterseite des Gitters zu ermitteln. Die erhaltenen Daten des effektiven Brechungsindexes wurden in die FDTD Solutions Software importiert, um die Phasenmodulation der Reflexion und Reflektivität zwischen den beiden Fülloptionen (PMMA vs. Flüssigkristall) zu vergleichen. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die PMMA-Fülllösung im Vergleich zur Flüssigkristallfüllung einen vollständigen Phasenmodulationsbereich von 0 bis 2π sowie bessere Reflexionscharakteristiken ermöglicht. Diese Studie zeigt, dass die PMMA-Planarisierungsschicht eine geeignete technische Lösung für optische Ultraschall-Oberflächenbauelemente mit dynamischer Flüssigkristallsteuerung darstellt.

subwellenlängiges Goldgitter; Phasenmodulation; Ankerung der Flüssigkristallzelle; effektiver Brechungsindex des Flüssigkristalls; PMMA-Planarisierungsschicht