В ответ на проблемы аномальной ориентации и потери эффективности, вызванные прямым смачиванием субволновых золотых решеток жидкими кристаллами, пространственные модуляторы света с субволновыми характеристиками требуют оптимизированных схем закрепления, сочетающих простоту технологии и преимущества производительности. Для этого в данной статье предложена новая схема закрепления: использование полиметилметакрилата (Polymethyl Methacrylate, PMMA) в качестве фоторезиста для изготовления золотых решеток, а также в качестве материала заполнения пазов и для закрепления подложки ячейки жидких кристаллов, что упрощает технологический процесс, обеспечивает равномерную ориентацию и избегает проблем с смачиванием. Для изучения закономерностей закрепления при прямом контакте субволновой золотой решетки и жидких кристаллов и определения ограничений эффективности схемы прямого смачивания сначала применили схему прямого закрепления жидких кристаллов на поверхности золотой решетки и с помощью экспериментов с ортогональной поляризационной оптикой исследовали ориентацию молекул жидких кристаллов при смачивании субволновой золотой решетки. Были изготовлены две группы ячеек жидких кристаллов с ориентацией нижней подложки параллельно и перпендикулярно линиям решетки, было обнаружено, что молекулы жидких кристаллов в образцах с субволновой золотой решеткой ориентируются вдоль линий решетки, вызывая скрученную ориентацию молекул. Такая ориентация не является параллельным закреплением, предпочтительным для классической технологии фазовой модуляции, и ортогональна направлению поляризации поверхностных плазмонных поляритонов (Surface Plasmon Polaritons, SPP), резонирующих с решеткой, в результате чего резонанс решетки не способен эффективно чувствовать изменения модуляции жидких кристаллов и достигать динамической модуляции. На основе наблюдаемых свойств ориентации интерфейса далее с помощью программного обеспечения TechWiz 3D была смоделирована изменчивость вектора ориентации жидких кристаллов на нижней поверхности золотой решетки при заполнении пазов PMMA и жидкими кристаллами под воздействием электрического поля, и определены изменения эффективного показателя преломления жидких кристаллов на нижней поверхности решетки. Полученные данные по эффективному показателю преломления были импортированы в программное обеспечение FDTD Solutions для сравнения фазовой модуляции отражения и характеристик отражения при заполнении пазов PMMA и жидкими кристаллами. Результаты моделирования показывают, что по сравнению с заполнением пазов жидкими кристаллами, схема заполнения PMMA позволяет достичь полного диапазона фазовой модуляции от 0 до 2π и лучших характеристик отражения. Это исследование показывает, что PMMA как плоский слой является приемлемым технологическим решением для оптических сверхповерхностных устройств динамического управления жидкими кристаллами.

субволновая золотая решетка; фазовая модуляция; закрепление ячейки жидких кристаллов; эффективный показатель преломления жидких кристаллов; плоский слой PMMA