[发明专利]一种方孔光子筛及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件领域的一种衍射光学元件及其制作方法，具体地说，涉及一种方孔光子筛及其制作方法。

背景技术

光子筛是基于菲涅耳波带片的一种新型的衍射光学元件，它将菲涅耳波带片上亮环对应的区域用大量随机分布的透光小孔来代替，小孔的直径为相应波带片环带宽度的1.5倍。这些位置随机分布的透光小孔使得衍射光之间相互干涉，从而能够有效地抑制旁瓣效应和高级衍射，提高分辨率，得到更为锐利的焦斑。

传统波带片在成像领域的分辨率取决于它的最外环宽度，该尺寸受到加工工艺的限制因而分辨率难以得到进一步的提高。

光子筛由于其最外环小孔直径为对应波带片环宽的1.5倍，因此可以放宽对加工工艺的要求，进而制作更大口径的光子筛，提高了数值孔径，从而提高成像的分辨率。

光子筛的重量比相同参数的波带片更轻，因而在航天望远镜领域有着更加广阔的前景。光子筛的这些特性使得它在高分辨率成像、亚波长光刻、显微镜技术方面有着非常好的应用前景。

虽然大口径光子筛在紫外望远镜成像领域有着广阔的应用前景，但是其存在两个缺陷：(1)制作版图所需的数据量巨大，现有的加工工艺难以达到要求。(2)衍射效率低，成像对比度不好。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有加工工艺无法制作大口径成像光子筛的缺陷，提供一种方孔光子筛及其制作方法，它能够有效降低版图数据量，使得现有的加工工艺能够满足大口径成像光子筛的制作要求。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种方孔光子筛，所述光子筛包括透光衬底和镀在透光衬底上的不透光金属薄膜；所述不透光金属薄膜上分布有多个透光方形小孔；

所述方形小孔呈环带状分布，所述方形小孔的对角线与方形小孔所在环带相垂直。

所述环带半径为r_m、宽度为w_m，其中：

r_m²＝2mfλ+m²λ²；

对应r_m上的透光方形小孔的边长为：

am=2wm=2λf/2rm]]>

其中λ为波长，f为焦距，m为方形小孔所在环带的环数，最内环为第一环。

所述透光衬底的材料为透光材料。

所述透光材料为熔融石英、普通玻璃或有机玻璃。

所述不透光金属薄膜的材料为铬、金、铝或铜。

所述不透光金属薄膜的厚度大于80nm。

本发明还同时公开了一种所述的方孔光子筛的制作方法，包括下列步骤：

(1)设计版图；

(2)根据设计的版图制作得到光学光刻掩膜版；

(3)在透光衬底上蒸镀一层金属薄膜；

(4)在透光衬底上涂覆光刻胶，用光学光刻掩膜版进行光学光刻，显影定影后，采用湿法或者干法腐蚀的方法将光刻后暴露出来的金属薄膜去除，即得到方孔光子筛。

与现有技术相比，本发明技术方案产生的有益效果为：

1、本发明所用的方孔光子筛其透光方形小孔的边长为相应波带片环带宽度的倍，这些位置随机分布的透光方形小孔使得衍射光之间相互干涉从而能够有效地抑制旁瓣效应和高级衍射，提高分辨率，得到更为锐利的焦斑。

2、本发明所采用的方孔光子筛将普通光子筛的圆孔用特定边长和方向取向的方孔来替代，从而大大降低了版图GDSII文件的数据量，从而降低了加工难度，使得现有的制造技术水平能够满足大口径成像光子筛的制作。

3、本发明所述方形小孔布置参数、边长参数及方向参数的选取使得本发明所述方孔光子筛能够获得最大的衍射效率。对于相同版图数据量的方孔光子筛比普通光子筛具有更高的透过率和分辨率。

附图说明

图1为本发明所述方孔光子筛结构示意图。

图2(a)和图2(b)为本发明所述单个方孔的边长和方向取向示意图。