专利名称：一种光子筛结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学元件设计技术领域，尤其涉及ー种光子筛结构。
背景技术：
光子筛是基于菲涅耳波带片的ー种新型的衍射光学元件，它将菲涅耳波带片上亮环对应的区域用大量随机分布的透光小孔来代替，小孔的直径为相应波带片环带宽度的I. 5倍。这些位置随机分布的透光小孔使得衍射光之间相互干渉，从而能够有效地抑制旁瓣效应和高级衍射，提高分辨率，得到更为锐利的焦斑。传统波带片在成像领域的分辨率取决于它的最外环宽度，该尺寸受到加工エ艺的限制因而分辨率难以得到进ー步的提高。
光子筛由于其最外环小孔直径为对应波带片环宽的I. 5倍，因此可以放宽对加工エ艺的要求，进而制作更大口径的光子筛，提高了数值孔径，从而提高成像的分辨率。光子筛的重量比相同參数的波带片更轻，因而在航天望远镜领域有着更加广阔的前景。光子筛的这些特性使得它在高分辨率成像、亚波长光刻、显微镜技术方面有着非常好的应用前景。虽然大口径光子筛在紫外望远镜成像领域有着广阔的应用前景，但是其存在衍射效率低，成像对比度不好的缺陷。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明需要解决的技术问题就在于提供ー种光子筛的优化设计方法，能够克服其衍射效率不高的缺陷，最大化地提高衍射效率。( ニ )技术方案为解决上述问题，本发明采用如下技术方案—种光子筛结构，该光子筛结构包括透光衬底和镀在该透光衬底上的不透光金属薄膜，所述不透光金属薄膜上分布有多个透光圆孔，该透光圆孔呈环带状分布。上述方案中，该透光圆孔呈环带状分布时，环带半径为ら、环带宽度为Wm，其中，rm2=2mf λ+m2 λ 2 ;对应rm上的透光圆孔的直径为<im = V^wm=V^^/72rm，其中λ为波长，f为焦距，m为圆孔所在环带的环数，最内环为第一环。上述方案中，所述透光村底的材料为透光材料。所述透光材料为熔融石英、普通玻璃或有机玻璃。上述方案中，所述不透光金属薄膜的材料为铬、金、铝或铜。所述不透光金属薄膜的厚度大于60nm。(三)有益效果与现有设计方法相比，本发明技术方案产生的有益效果为普通光子筛透光圆孔的半径为相应波带片环带宽度的I. 5倍，本发明提供的光子筛结构上的透光圆孔半径为相应波带片环带宽度的ν 倍。经过比较发现，当透光圆孔半径为相应波带片环带宽度的ν 倍的时候，光子筛能够获得最高的衍射效率。
图I为本发明提供的光子筛结构的示意图；图2为本发明提供的光子筛结构的单个圆孔结构示意图；图3为本发明提供的光子筛结构的圆孔选取不同半径时的聚焦特性图；图4为本发明提供的光子筛结构的制作方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并參照附图，对本发明进ー步详细说明。本发明提供的光子筛结构，包括透光衬底和镀在该透光衬底上的不透光金属薄膜，所述不透光金属薄膜上分布有多个透光圆孔，该透光圆孔呈环带状分布。透光村底的材料可以为普通玻璃或有机玻璃等透光材料，不透光金属薄膜的材料可以为金、铝或铜等不透光金属。如图I所示，图I为本发明光子筛结构示意图，其中白色孔为透光圆孔2 ;黑色区域为不透光区域1，即不透光的金属铬薄膜。所述不透光金属薄膜的厚度大于60nm。所述不透光的金属铬薄膜I上分布若干透光圆孔2 ;所述圆孔呈环带状分布。所述环带半径为rm、环带宽度为Wm，其中rm2 = 2mf λ +m2 λ 2 ；对应し上的透光圆孔的直径为dm= V2 Wm= 42 Xf Hrm-,其中λ为波长，f为焦距，m为圆孔所在环带的环数，最内环为第一环。所述石英衬底的直径为6. 25cm，光子筛直径为17. 75mm，环带数为370环，对应入射波长为355nm,焦距为O. 3m。最外层环带上的透光圆孔直径为6 λ/ U m0本发明将每层环带上的圆孔直径设计为对应环带宽度的上倍，是通过单孔的透射函数计算得出的。如图2所示，当圆孔直径变大时，多出来的白色部分其透射光相位相差在O Ji/2之间，在远场干渉后能够叠加增强，多出来的阴影部分其透射光相位相差在-η/2 O之间，在远场干涉能够叠加减弱。随着边长的增加，叠加增强部分的面积増加率不变，而叠加减弱部分的面积増加率由少变多，当二者面积増加率相同的时候，远场的透射率能够取到最大值。经过计算可得，当圆孔半径増加dx时，叠加增强部分増加的面积可近似为ー矩形，其増加的面积dS+ = I1 · dx ;同理，叠加減弱部分増加的面积也可近似为ー矩形，其増加的面积dS_ = I2 · dx。当I1 = I2时，二者相等。此时圆孔应具有最大的透射率。经计算，此时圆孔的直径i/=即当圆孔直径为对应环带的7 倍时，透射率最大。如图3所示，为本发明实施例中选取不同直径的圆孔光子筛的聚焦特性图。可以看到，当圆孔直径为环带宽度的7 倍时(即a/W = I. 414时)，衍射效率最大，比率増加或者減少，衍射效率都会下降。这说明我们设计的这种光子筛具有最大的衍射效率。相对于普通光子筛(a/w = I. 5)，采用这种设计方法的光子筛能够提高15%的衍射效率。如图4所示，图4为本发明实施例中光子筛的制作方法流程图。參见图4，光子筛的制作方法步骤如下(I)设计版图。(2)根据设计的版图制作得到光学光刻掩膜版。(3)在透光衬底上蒸镀ー层金属薄膜。(4)在透光村底上涂覆光刻胶，用光学光刻掩膜版进行光学光刻，显影定影后，采用湿法或者干法腐蚀的方法将光刻后暴露出来的金属薄膜去除，即得到方孔光子筛。 本发明的光子筛设计方法中采用将圆孔的直径设计为对应环带宽度的上倍，而普通光子筛的圆孔直径为对应环带宽度的I. 5倍。采用这种设计的光子筛最大化地提高了单孔的透射率因而使得光子筛获得了最大的衍射效率，比普通的光子筛提高了 15%的衍射效率。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进ー步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.ー种光子筛结构，该光子筛结构包括透光衬底和镀在该透光衬底上的不透光金属薄膜，其特征在于，所述不透光金属薄膜上分布有多个透光圆孔，该透光圆孔呈环带状分布。
2.如权利要求I所述的光子筛结构，其特征在干，该透光圆孔呈环带状分布吋，环带半径为'、环带宽度为Wm，其中，rm2 = 2mfX+m2X2;对应rm上的透光圆孔的直径为i/m = V^wm = V^^/72rm，其中λ为波长,f为焦距为圆孔所在环带的环数,最内环为第ー环。
3.如权利要求2所述的光子筛结构，其特征在于，所述透光村底的材料为透光材料。
4.如权利要求3所述的光子筛结构，其特征在于，所述透光材料为熔融石英、普通玻璃或有机玻璃。
5.如权利要求I所述的光子筛结构，其特征在于，所述不透光金属薄膜的材料为铬、金、招或铜。
6.如权利要求5所述的光子筛结构，其特征在干，所述不透光金属薄膜的厚度大于60nmo
全文摘要
本发明公开了一种光子筛结构，该光子筛结构包括透光衬底和镀在该透光衬底上的不透光金属薄膜，所述不透光金属薄膜上分布有多个透光圆孔，该透光圆孔呈环带状分布，所述环带半径为rm、宽度为wm，其中rm2＝2mfλ+m2λ2；对应rm上的透光圆孔的直径为其中λ为波长，f为焦距，m为圆孔分布的环数。本发明提供的光子筛结构相对于常规光子筛，具有更高的衍射效率。
文档编号G02B1/10GK102681059SQ20111006441
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者刘明, 朱效立, 谢常青, 辛将 申请人:中国科学院微电子研究所