具有长焦深特性的线性变面积波带片的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及长焦深光学元件领域，具体涉及一种由一系列挡光半波带和透光半波 带交替排列而成，通过线性的改变相邻波带面积来实现焦深拉伸的长焦深波带片。
【背景技术】
[0002] 具有长焦深和高横向分辨率的光学元件在很多领域都有着重要的应用，例如激光 光刻、激光切割、激光扫描、精密加工和恶劣环境下的光学成像等。然而，对于传统透镜， 长焦深和高横向分辨率存在相互制约的关系，即高横向分辨率需要较大的NA(numerical apertures)，而长焦深需要较小的NA。因此，寻求同时满足高横向分辨率和长焦深要求的聚 焦技术，是一个非常重要的技术问题。
[0003] 为了解决这一问题，人们已经提出了采用轴锥镜（Axicon)、衍射光学元件、折 射-衍射混合元件和全息元件等多种方法来实现长焦深。采用轴锥镜的方法可将焦深增加 到原来的几十到上百倍，然而存在焦深范围不易控制、焦深范围内光强分布振荡厉害或者 能量利用率低等问题。采用基于能量守恒法的对数光锥来设计长焦深光学元件的方法可灵 活设计焦深范围，存在广泛应用，一般采用折-衍混合结构。但是，上述理论方法设计的绝 大数光学元件是相位型的，一般使用石英作为材料，只适用于可见光波段，而不适用于真空 紫外和软X射线波段。因为在真空紫外和软X射线波段，几乎所有材料的折射率都近似等 于1。二值化波带片为长焦深的实现提供了另一种技术途径。使用该方法设计的长焦深波 带片适用于可见光到软X射线范围的所有波段。
[0004] 1990年，JorgeOjeda-Castaneda等人提出了一种长焦深波带片。通过适当的参 数设计，该波带片沿着光轴方向产生指定数目的焦点，任意两个相邻焦点的振幅分布刚好 处于分辨率的瑞利限制。使用该方法，理论上可以设计出具有任意长焦深的波带片。近几 年，人们提出了"孔雀眼"波带片和修正分形波带片等特殊设计的波带片，也具有长焦深特 性。
[0005] 本发明提出一种新型的具有长焦深特性的线性变面积波带片。它不同于前人提出 的各种长焦深波带片，通过适当的设计参数，该波带片也能实现任意范围的长焦深。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种具有长焦深特性的线性变面积波带片，通过 适当的设计参数，可将焦深拉伸到任意范围，具有长焦深、高横向分辨率和小旁瓣等聚焦特 性。
[0007] 本发明的具有长焦深特性的线性变面积波带片，其特点是：所述波带片由一系列 挡光半波带和透光半波带交替排列而成，且每一对相邻的挡光半波带和透光半波带构成一 个波带；在每一个波带中，挡光半波带和透光半波带的面积相等；在每两个相邻波带之间， 面积呈线性变化；焦深...y'近似由下式决定：...y'=.YW2^?乂；其中J是波带片的波带 环数，AS是两相邻波带间面积的改变量，2是入射光波的波长。
[0008] 所述的波带片的挡光半波带和透光半波带的尺寸在亚微米量级、微米量级及以 上。
[0009] 所述的波带片的中心半波带为挡光半波带或透光半波带。
[0010] 所述的波带片的波带面积随波带片半径的增大而增大，或者随波带片半径的增大 而减小。
[0011] 在所述的波带片的挡光半波带之间设置用于自支撑的加强筋。
[0012] 所述的波带片选取已有的波带片完整对称结构的一部分形成。
[0013] 所述的波带片的挡光半波带是透明表面上的由额外厚度引起位相差的半波带。
[0014] 本发明的波带片是透射式波带片。
[0015] 本发明的波带片是长焦深波带片。
[0016] 本发明波带片的中心半波带可以是挡光半波带，也可以是透光半波带。
[0017] 本发明波带片的挡光半波带是透明表面上的由额外厚度引起位相差的半波带。
[0018] 本发明的波带片适用于微波、太赫兹、红外光、可见光、紫外光、X射线等各个电磁 波段。
[0019] 本发明波带片的挡光半波带尺寸可为亚微米量级，也可为微米量级及以上，由具 体所需测量的光波范围确定。
[0020] 本发明波带片的波带面积随半径的增大而增大，或者随半径的增大而减小。
[0021] 本发明的波带片可以转印为反波带片，也可以复制为复制波带片。
[0022] 本发明的波带片结构只存在挡光和透光两种区域，是一种二值化的结构，易于加 工制作。
[0023] 与普通菲涅耳波带片相比，本发明的线性变面积波带片具有长焦深、高横向分辨 率和小旁瓣等聚焦特性，通过适当的设计参数，可将焦深拉伸到任意范围。
【附图说明】
[0024] 图Ia为本发明所述具有长焦深特性的线性变面积波带片在(工.1'）坐标系下的结 构示意图； 图Ib为本发明所述具有长焦深特性的线性变面积波带片在（坐标系下的结构 示意图； 图2a为普通菲涅耳波带片在(IV)坐标系下的结构示意图； 图2b为普通菲涅耳波带片在（}坐标系下的结构示意图； 图3为本发明所述的具有长焦深特性的线性变面积波带片工作模式示意图； 图4a为本发明所述的具有长焦深特性的线性变面积波带片在焦深范围内的光强分布 图； 图4b为在与图4a相同参数条件下普通菲涅耳波带片在相同焦深范围内的光强分布 图； 图5为在焦深一定时本发明所述的具有长焦深特性的线性变面积波带片不同参数条 件对长焦深特性的影响图； 图6为当波带面积随波带片半径增加而递减时焦深沿光轴的光强变化规律图； 图7为本发明所述具有长焦深特性的线性变面积波带片的加工制作流程示意图。
【具体实施方式】
[0025] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的【具体实施方式】做详细的说明。
[0026] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以 采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的 情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0027] 其次，本发明结合示意图进行详细描述，示意图仅作示例用，其在此不应限制本发 明保护的范围。
[0028] 实施例1 本实施例公开一种适用于可见光波段的具有长焦深特性的线性变面积波带片，给出波 带片版图的设计方法、波带片的工作模式和衍射特性以及波带片的制备方法。
[0029] 1?波带片版图的设计方法 波带片在（AVT)和(y.坐标系下的结构分别如图Ia和图Ib所示，两个坐标系 下的变量满足转换关系：尤=rCos(S)，y=rsm{6^。在《，人坐标系下，本发明 线性变面积波带片的结构如图Ib所示，是一种类周期结构，且每一个周期对应于波带片的 一个环带，周期与环带面积满足关系：=。相邻周期之间存在线性