专利名称：一种深度调制金属结构衍射光学元件及其设计方法
技术领域：
本发明涉及衍射光学元件设计制造技术领域，尤其涉及一种深度调制金属结构衍射光学元件及其设计方法。
背景技术：
衍射光学元件是利用光的衍射现象对光波的波前进行调制，从而实现特定功能的光学元件的总称。这些衍射光学元件通常包括:各种光栅、波带片和光子筛等。它们在微电子光刻技术、波前整形、光通信、聚焦成像以及微细加工等领域获得了广泛的应用。例如，上述衍射光学元件中的波带片是具有自聚焦能力的衍射光学元件，目前的加工工艺可以使其分辨率达到十几纳米，因此，它可以应用到微电子光刻领域。但是，这些传统的衍射光学元件的衍射效率较低，大大影响了它们的使用范围。
发明内容
为了解决传统衍射光学元件的衍射效率较低的问题，本发明实施例提供了一种深度调制金属结构衍射光学元件的设计方法，利用该方法制作的深度调制金属结构衍射光学元件相对于传统衍射光学元件具有更高的衍射效率。为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案:一种深度调制金属结构衍射光学元件的设计方法，该方法包括:根据入射波长λ，选择制作所述深度调制金属结构衍射光学元件的基底材料和金属材料； 在所述金属材料上选择取样点，并根据入射波长确定所述取样点处要嵌入的金属方孔的深度，所述金属方孔的深度在1.5λ 2λ内自由选取；根据所述取样点的位置坐标及其所对应的金属方孔的深度，利用深度调制金属结构衍射光学元件表面任意点处的相位表达式以及所述取样点处的相位延迟、所述金属方孔的深度与所述金属方孔的边长之间的关系，计算所述金属方孔的边长。优选的，所述深度调制金属结构衍射光学元件表面任意点(X，y)处的相位表达式为:
权利要求
1.一种深度调制金属结构衍射光学元件的设计方法，其特征在于，该方法包括: 根据入射波长λ，选择制作所述深度调制金属结构衍射光学元件的基底材料和金属材料； 在所述金属材料上选择取样点，并根据入射波长确定所述取样点处要嵌入的金属方孔的深度，所述金属方孔的深度在1.5 λ 2 λ内自由选取； 根据所述取样点的位置坐标及其所对应的金属方孔的深度，利用深度调制金属结构衍射光学元件表面任意点处的相位表达式以及所述取样点处的相位延迟、所述金属方孔的深度与所述金属方孔的边长之间的关系，计算所述金属方孔的边长。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述深度调制金属结构衍射光学元件表面任意点U，y)处的相位表达式为:
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述取样点处的相位延迟、所述金属方孔的深度与所述金属方孔的边长之间的关系为:
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述取样点间要保持一定的间距，以确保所选取样点足够多且相邻取样点所对应的金属方孔彼此不发生重叠。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于，所述取样点在所述金属材料上的排布方式为规则排布、随机排布或非规则排布。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述规则排布为正方形排布，或平方点阵排布，或旋转对称排布或其他形式的规则排布。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基底材料为红外材料或可见光材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述红外材料为硅或锗。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述可见光材料为石英或玻璃。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属材料为金或银。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述深度调制金属结构衍射光学元件的设计方法只适用于正入射的情况。
12.一种深度调制金属结构衍射光学元件，其特征在于，该元件包括:基底材料、位于所述基底材料上表面的金属层以及嵌入所述金属层中的金属方孔； 所述深度调制金属结构衍射光学元件是利用I 11任一项中所述的深度调制金属结构衍射光学元件的设计方法制作的。
全文摘要
本发明实施例公开了一种深度调制金属结构衍射光学元件的设计方法，该方法包括根据入射波长λ，选择制作所述深度调制金属结构衍射光学元件的基底材料和金属材料；在所述金属材料上选择取样点，并根据入射波长确定所述取样点处要嵌入的金属方孔的深度，所述金属方孔的深度在1.5λ～2λ内自由选取；根据所述取样点的位置坐标及其所对应的金属方孔的深度，利用深度调制金属结构衍射光学元件表面任意点处的相位表达式以及所述取样点处的相位延迟、所述金属方孔深度与所述金属方孔边长之间的关系，计算金属方孔的边长。利用本发明所提供的设计方法，可以增强所述深度调制金属结构衍射光学元件的透射率，使其相对于传统衍射光学元件具有更高的衍射效率。
文档编号G02B5/18GK103091750SQ20111033864
公开日2013年5月8日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者谢常青, 辛将, 朱效立, 刘明 申请人:中国科学院微电子研究所