[发明专利]一种光子筛结构

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件设计技术领域，尤其涉及一种光子筛结构。

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，但是其存在衍射效率低，成像对比度不好的缺陷。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明需要解决的技术问题就在于提供一种光子筛的优化设计方法，能够克服其衍射效率不高的缺陷，最大化地提高衍射效率。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种光子筛结构，该光子筛结构包括透光衬底和镀在该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圆孔，该透光圆孔呈环带状分布。

上述方案中，该透光圆孔呈环带状分布时，环带半径为r_m、环带宽度为w_m，其中，r_m²＝2mfλ+m²λ²；对应r_m上的透光圆孔的直径为其中λ为波长，f为焦距，m为圆孔所在环带的环数，最内环为第一环。

上述方案中，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。

上述方案中，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60nm。

(三)有益效果

与现有设计方法相比，本发明技术方案产生的有益效果为：

普通光子筛透光圆孔的半径为相应波带片环带宽度的1.5倍，本发明提供的光子筛结构上的透光圆孔半径为相应波带片环带宽度的倍。经过比较发现，当透光圆孔半径为相应波带片环带宽度的倍的时候，光子筛能够获得最高的衍射效率。

附图说明

图1为本发明提供的光子筛结构的示意图；

图2为本发明提供的光子筛结构的单个圆孔结构示意图；

图3为本发明提供的光子筛结构的圆孔选取不同半径时的聚焦特性图；

图4为本发明提供的光子筛结构的制作方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供的光子筛结构，包括透光衬底和镀在该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圆孔，该透光圆孔呈环带状分布。透光衬底的材料可以为普通玻璃或有机玻璃等透光材料，不透光金属薄膜的材料可以为金、铝或铜等不透光金属。

如图1所示，图1为本发明光子筛结构示意图，其中白色孔为透光圆孔2；黑色区域为不透光区域1，即不透光的金属铬薄膜。所述不透光金属薄膜的厚度大于60nm。所述不透光的金属铬薄膜1上分布若干透光圆孔2；所述圆孔呈环带状分布。

所述环带半径为r_m、环带宽度为w_m，其中：

r_m²＝2mfλ+m²λ²；

对应r_m上的透光圆孔的直径为：