[发明专利]全环光子筛及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光光束波面整形技术领域，特别是一种用于实现激光束在远场衍射光斑主斑能量提升的全环光子筛。该种光子筛可用于光束整形、微电子无掩模刻蚀、强激光能量集中和其它需要能量聚焦到中心光斑的各种仪器中。

背景技术

通过各种途径对于激光衍射斑主斑进行能量提升，并且抑制旁斑的能量是实用的课题。在光束整形、微电子无掩模刻蚀、强激光能量集中和其它需要能量聚焦到中心光斑的各种仪器中，均需要极小的主斑宽度和极高的主斑能量。

位相调制技术是通过改变衍射光线传播截面的位相分布，从而实现预期衍射光强分布的技术。用于进行调制的方法有多种，有固定位相分布的位相板，也有用光电晶体制成的可由电压控制位相分布的调制片。因为衍射位相板光能的利用效率最高，所以最常用。

所谓光子筛，是一种新型聚焦成像衍射光学器件，利用它可以对X光聚焦和成像，这是一般棱镜和玻璃材料的成像光学器件无法实现的。光子筛与传统的光学元件Fresnel波带片相比，具有高分辨率和抑制二级衍射主极大等优点，能提高成像的对比度。而且，作为新型衍射元件，它具有体积小、重量轻、易复制等优点。

光子筛可以应用于高分辨率显微镜、天文望远镜、下一代光刻，激光可控核聚变(ICF)研究等。

在2001年，Kipper et a1.首次提出了一种新型的衍射光学器件：光子筛，用它来对软X射线和EUV辐射光源聚焦和成像[Kipp，L.，Skibowski，M.，Johnson，R.L.，Berndt，R.，Adelung，R.，Harm，S.，and Seemann，R.Sharperimages by focusing soft X-ray with photon sieves.Nature[J]，2001.414，184-188.]。

2003年Gil and Menon报道在“光束扫描光刻”(ZPAL)系统中用光子筛替代波带片[Menon，R.，Gil，D.Barbastathis，G.，and Smith，H.I.Photon-sieve lithography[J].Opt.Soc.Am.A，2005.22(2)，342-345.]。

此后，由于光子筛本身具有的优越的性能，人们对它越来越感兴趣，并将它应用于各种新的研究领域，如环绕太阳卫星的EUV望远镜，THZ波全息术等[S.Wang and X.Zhang.Terahertz tomographic imaging with a Fresnel lens[J].Opt.Photon.2002.News 13，59]。

光子筛(Photon Sieve，PS)是在菲涅耳波带环上制作大量适当分布的具有不同半径的透光微孔的衍射光学元件(Diffraction Optical Element，DOE)。

光子筛在软X射线、极紫外线的聚焦和成像上有很好的应用，可应用于高分辨率显微术、光谱学、下一代光刻等领域。用光子筛(PS)代替菲涅耳波带片Fresnel zone plate(FZP)对软X射线聚焦和成像，可以得到更高的分辨率，降低对光刻技术制作工艺的要求。但是光子筛聚焦的光斑主板能量可以作进一步的提升。

位相型菲涅耳波带片，是具有浮雕表面结构的菲涅耳波带片。浮雕的厚度在波长量级，图形应尽可能接近设计值，可以实现预期的高的衍射效率。[参见二元光学，金国潘，严瑛白，邬敏贤，第四章]

本发明定义中心能量比为衍射场中央主瓣的能量除以全部衍射场的能量。它可以表征中央主瓣能量的集中度。定义第一零点为主瓣与第一旁瓣之间的能量最小值所在的位置。它的位置可以表征中央主瓣的尺寸大小。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种全环光子筛，以实现激光束远场衍射斑的主斑能量的再提升。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种全环光子筛，该全环光子筛包括：

光子筛，该光子筛制作在透明介质上，其衍射孔径与相应菲涅耳环带宽度相等；刻蚀圆孔，该刻蚀圆孔位于菲涅耳环带间隙处；该刻蚀圆孔的数量和位置与所述光子筛的数量和位置相同，在全环光子筛的波带片的奇数环带和偶数环带都有作为透光部分的透光孔，该透光孔包括菲涅耳环带上的光子筛的衍射孔和菲涅耳环带间隙处的刻蚀圆孔，每个透光孔的直径与相应的环带及环带间隙的宽度相同，且该刻蚀圆孔与全环光子筛所述普通光子筛的衍射孔构成位相板。

上述方案中，所述光子筛的衍射孔的透光率是1。

(三)有益效果