亚波长光子筛复眼的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光学成像装置，具体为亚波长光子筛复眼。
【背景技术】
[0002] 2001年，德国L. Kipp教授在Nature期刊上发表文章，首次提出photon sieves概 念，后被译作"光子筛"。光子筛是一种新型衍射光学成像器件，它是用随机分布在透光环带 上的小孔代替菲涅尔结构的透光环带而形成的，小孔直径大于对应透光环带宽度，对焦点 能量起积极影响。经过优化设计，它可以有效抑制次级和高级衍射，从而提高成像的对比度 和分辨力，甚至可以打破传统衍射成像极限，实现超分辨力成像。
[0003] 但是，仅分布在透光环带上的小孔对焦点能量起积极影响，而其它区域，如不透光 环带、透光环带上小孔之间的区域等的存在将会削弱焦点能量，产生消极影响，从而造成衍 射效率或能量利用率的急剧下降，光源的绝大部分能量被浪费。根据国外文献报道及理论 分析可知，即使在完全理想状况下，普通型光子筛的能量利用率也仅10%左右，这是它难以 实用化的致命之处。
[0004] 为了克服这个问题，国内外学者提出了多波长光子筛和混合型光子筛结构。如：1) 美国佛罗里达大学Chung等人设计了双波长和多波长光子筛，将传统的光子筛进行区域分 害J，每个区域对应一个波长，削弱了光子筛对入射光的波长敏感性，但由于区域的分割，使 得能量利用率本来就很低的光子筛更进一步损失能量。与此同时，由于不同区域内光子筛 的结构不同，给制造工艺带来不小的困难；2)中国科学院微电子研宄所的谢常青课题组， 中国科学院光电技术研宄所的胡松课题组，等提出混合型光子筛，综合了菲涅尔波带片和 光子筛的结构，仅在部分透光环带上设计透光小孔，并非全部透光环带都分布透光小孔，经 过优化设计，该结构在一定程度上提高了能量利用率，但并不明显。
[0005] 现有的光子筛结构很难大幅度提高能量利用率，如何设计出一种新型光子筛结 构，在保留高分辨力的同时，还具有能量利用率高和感光角范围宽等优点，已成为业界急需 解决的关键问题。
【发明内容】
[0006] 针对上述技术问题，本发明提供一种亚波长光子筛复眼结构，在保留高分辨力的 同时，还具有能量利用率高和感光角范围宽等优点，具体的技术方案为：
[0007] 亚波长光子筛复眼，包括入射光源、M个亚波长光子筛、金属层、衬底、焦面；所述 的衬底形成一个半球体，所述的衬底外附有金属层，所述的焦面位于衬底半球体的球心，所 述的M个亚波长光子筛分布在金属层上，所述的入射光源的入射光线分别从每个亚波长光 子筛垂直入射，入射光线同时被聚焦在焦面上。
[0008] 每个亚波长光子筛相当于一个小眼，M个亚波长光子筛组成一个复眼结构。
[0009] 相邻亚波长光子筛入射光线之间的夹角为依次为θρ θ2、……、，亚波长光 子筛复眼接受的入射光线范围为Θ = SfS2+……+Ssh。相邻亚波长光子筛入射光线之 间的夹角可根据实际需要进行设定，可以取相同角度，也可以取不同角度，但相互之间不能 重叠。
[0010] 相邻亚波长光子筛之间的区域是不透光的，故在保证相邻亚波长光子筛不重叠的 前提下，相邻亚波长光子筛之间间隙应尽可能小。
[0011] 所有亚波长光子筛采用的入射光源是同波长光源，可通过简单的几何光路实现。
[0012] 亚波长光子筛是由一系列透光小孔组成，亚波长光子筛分布在金属层上，金属层 镀在衬底上，金属层厚度约为几十微米，亚波长光子筛紧贴于衬底及金属层形成的球面上， 近似与球面相切，球面半径即亚波长光子筛的焦距。金属层材料为不透光材料，一般为铬、 金、铝、铜等；衬底材料为透光材料，一般为普通石英玻璃、有机玻璃、熔融石英等。
[0013] 亚波长光子筛的结构参数经优化方法为：
[0014] (1)根据设计需要，确定亚波长光子筛复眼大小及衬底所在半球体的球面半径，球 面半径即亚波长光子筛的焦距f ;
[0015] (2)根据相邻亚波长光子筛之间相互不重叠的原则，确定亚波长光子筛的数量M 及入瞳口径D ;
[0016] (3)由设计中心波长λ、入瞳口径D、焦距f，确定亚波长光子筛结构参数，计算亚 波长光子筛环带数N :
[0017]
【主权项】
1.亚波长光子筛复眼，其特征在于：包括入射光源（1)、M个亚波长光子筛（2)、金属层 ⑶、衬底⑷、焦面（5);所述的衬底⑷形成一个半球体，所述的衬底⑷外附有金属层 (3)，所述的焦面（5)位于衬底（4)半球体的球心，所述的M个亚波长光子筛（2)分布在金 属层（3)上，所述的入射光源（1)的入射光线分别从每个亚波长光子筛（2)垂直入射，入射 光线同时被聚焦在焦面（5)上。
【专利摘要】本发明涉及一种光学成像装置，具体为亚波长光子筛复眼，包括入射光源、M个亚波长光子筛、金属层、衬底、焦面；所述的衬底形成一个半球体，所述的衬底外附有金属层，所述的焦面位于衬底半球体的球心，所述的M个亚波长光子筛分布在金属层上，所述的入射光源的入射光线分别从每个亚波长光子筛垂直入射，入射光线同时被聚焦在焦面上。本发明提供的亚波长光子筛复眼，既具有高分辨力，又可以提高能量利用率，扩大感光范围，对其在高分辨力显微镜、轻质天文望远镜、武器视觉等领域的实用化起推动作用，具有广泛的应用前景。
【IPC分类】G02B5-18
【公开号】CN104656174
【申请号】CN201510103547
【发明人】蒋文波, 徐毅非, 卜云, 宋潇潇, 张晓华
【申请人】西华大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年3月10日