专利名称：提高超分辨相位板光斑性能的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光刻领域，光学成像领域和信息存储领域。
背景技术：
随着微纳技术的飞速发展，光存储技术，光刻技术，光学成像技术，光学制造技术都面临着突破衍射极限的问题。通过缩短激光波长到GaN激光器的405nm和增大光学头的数值孔径到0. 95，由衍射光斑大小公式D = 0.61 A /N. A.衍射光斑也只能达到0. 5 y m左右，在采用可见光波长和远场光学系统下，依靠传统的缩短激光波长和增大光学头的数值孔径的方法已经走向极限。如何打破光的衍射极限使光斑达到纳米量级是当前面临的瓶颈问题。 利用相位型超分辨相位板来实现光学超分辨是一种常用的方法，它具有制作相对简单，可实施性强和廉价的优点。但缺点是在压缩中心主瓣的同时提高了旁瓣，从而降低了信噪比。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种提高超分辨相位板光斑性能的装置，以进一步减小常用的相位型超分辨相位板的光斑，降低旁瓣大小，延长焦深。本发明的技术解决方案是一种提高超分辨相位板光斑性能的装置，特征在于其构成沿光束前进方向依次是三环纯相位型超分辨相位板、数值孔径NA=O. 95的物镜、Sb2Te3非线性饱和吸收薄膜，所述的三环纯相位型超分辨相位板的归一化半径为rl=0. 13，r2=0. 47，r3=l ;三区的位相分别为小:=0, ^2=n , (J)3=O ;所述的物镜与所述的三环纯相位型超分辨相位板紧贴,所述的Sb2Te3非线性饱和吸收薄膜位于所述的物镜的焦平面，该Sb2Te3非线性饱和吸收薄膜的厚度的选择范围为l(Tl00nm，非线性饱和吸收薄膜的线性吸收系数和非线性吸收系数分别为a 0 = 5*107/m 和 3 = 2*lCT2m/w。所述的Sb2Te3非线性饱和吸收薄膜的最佳厚度为40nm。与先前的技术相比，实验表明本发明有以下优点I、与传统的仅有纯相位超分辨相位板相比，本发明能将y轴方向中心光斑的半高全宽(FWHM)进一步缩小为前者的67. 39% ；2、与传统的仅有纯相位超分辨相位板相比，本发明能将y轴方向的旁瓣与主瓣的比值由0. 3812缩小为0. 146。
图I是本发明提高超分辨相位板光斑性能的装置结构示意2是图I实施例所得到的横向y轴方向超分辨曲线对比图。图3是图I实施例所得到的轴向光强分布对比图。
图4是纯相位型超分辨相位板实施例的结构示意图。
具体实施例方式图I为本发明的一个具体实施例的结构原理图。由图I可见，本发明提高超分辨相位板光斑性能的装置的构成沿光束前进方向依次是三环纯相位型超分辨相位板I、数值孔径NA=O. 95的物镜2、Sb2Te3非线性饱和吸收薄膜3，所述的三环纯相位型超分辨相位板I的归一化半径为rl=0. 13, r2=0. 47, r3=l ;三区的位相分别为^1=O, ^2=n , (J)3=O ；所述的物镜2与所述的三环纯相位型超分辨相位板I紧贴，所述的Sb2Te3非线性饱和吸收薄膜3位于所述的物镜2的焦平面，该Sb2Te3非线性饱和吸收薄膜的厚度的选择范围为l(Tl00nm，非线性饱和吸收薄膜的线性吸收系数和非线性吸收系数分别为a ^ = 5*107/m和3 = _2*lCT2m/w。该超分辨相位板的结构如图4所示，它包括下列结构4a为内环，4b为中环，4c 为外环，三个环带分别对应不同的归一化半径为rl、r2、r3,位相为(J)1=O, i>2=n , (J)3=O0对于NA=O. 95的高数值孔径物镜，标量理论分析已经不再适合，这里采用矢量衍射理论计算了以经过整形为均匀平面波，沿X方向线偏振的功率为2mw，波长为405nm的蓝光半导体激光器，经过三环结构纯相位超分辨相位板，相位分别为O、、0的纯相位型超分辨相位板调制后，在物镜焦面上的光场分布。所述的Sb2Te3非线性饱和吸收薄膜是通过磁控溅射仪制备的，利用计算机程序控制派射时间，对Sb2Te3商业合金祀材进行派射,控制膜层厚度为40nm制备非线性饱和吸收薄膜。利用分光光度计对所述的非线性饱和吸收薄膜进行筛选，测得的非线性饱和吸收薄膜的线性吸收系数为a ^ = 5*107/m，通过z-scan方法用光电探测器测量沿光轴方向的透过非线性饱和吸收薄膜的光强分布，经过非线性拟合得到的非线性吸收系数为3=_2*10_2m/w。经测试表明通过限制条件y轴方向超分辨评价参数G，定义为主瓣的半高全宽FffHM(Ful 1-ffidth at Half- Maximum)，G〈0. 8且斯特尔比S>0. 3，通过矢量衍射理论计算搜索得到三环结构较优的归一化半径分别为rl=0. 13，r2=0. 47，r3=l。此时的y轴方向超分辨评价参数G=O. 7984，即由原来未加超分辨相位板时中心光斑的FWHM由0. 204 u m缩小到
0.163 u m, S=O. 3614，旁瓣比M=O. 3812，以轴向降低为最大光强处90%的距离定义焦深D0F，发现比未加超分辨相位板时提高了 2. 6倍，即焦深由原来未加超分辨相位板时的0. 217 u m延长到0. 572 u m。在经过40nm厚度的非线性饱和吸收薄膜后，y轴方向的中心光斑的FWHM进一步缩小为未透过薄膜时的67. 39%，即变为0. 1095 um； y轴方向旁瓣比M由0. 3812缩小为0. 146。图2是经过矢量衍射理论计算得到的横向场中沿I轴方向的光强分布。其中，点划线代表没有超分辨相位板时在物镜焦面上的y轴方向的光场分布，点线代表经过超分辨相位板调制后在物镜焦面上的y轴方向的光场分布，实线代表透过非线性饱和吸收薄膜后的y轴向的光场分布。图3是经过矢量衍射理论计算得到的轴向场光强分布。其中，点划线代表没有超分辨相位板时在物镜焦面附近轴向方向的光场分布，实线代表经过超分辨相位板调制后在物镜焦面附近轴向的光场分布。
权利要求
1.一种提高超分辨相位板光斑性能的装置，特征在于其构成沿光束前进方向依次是三环纯相位型超分辨相位板(I)、数值孔径NA=O. 95的物镜(2)、Sb2Te3非线性饱和吸收薄膜(3)，所述的三环纯相位型超分辨相位板(I)的归一化半径为rl=0. 13，r2=0. 47，r3=l ;三区的位相分别为4^=0, 4)2= , (J)3=O ;所述的物镜⑵与所述的三环纯相位型超分辨相位板(I)紧贴，所述的Sb2Te3非线性饱和吸收薄膜(3)位于所述的物镜(2)的焦平面，该Sb2Te3非线性饱和吸收薄膜的厚度的选择范围为l(Tl00nm，非线性饱和吸收薄膜的线性吸收系数和非线性吸收系数分别为aQ = 5*107/m和P =-2*l(T2m/w。
2.根据权利要求I所述的提高超分辨相位板光斑性能的装置，其特征在于所述的Sb2Te3非线性饱和吸收薄膜的最佳厚度为40nm。
全文摘要
一种提高超分辨相位板光斑性能的装置，特征在于其构成沿光束前进方向依次是三环纯相位型超分辨相位板、数值孔径NA=0.95的物镜、Sb2Te3非线性饱和吸收薄膜，所述的三环纯相位型超分辨相位板的归一化半径为r1=0.13，r2=0.47，r3=1；三区的位相分别为φ1=0，φ2=π，φ3=0；所述的物镜与所述的三环纯相位型超分辨相位板紧贴，所述的Sb2Te3非线性饱和吸收薄膜位于所述的物镜的焦平面，该Sb2Te3非线性饱和吸收薄膜的厚度的选择范围为10~100nm，非线性饱和吸收薄膜的线性吸收系数和非线性吸收系数分别为α0＝5*107/m和β＝-2*10-2m/w。本发明进一步减小光斑、降低旁瓣、延长焦深。
文档编号G02B27/48GK102681200SQ20121013815
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者干福熹, 查一昆, 魏劲松 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所