[发明专利]提高超分辨相位板光斑性能的装置

说明书

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＝0.61λ/N.A.衍射光斑也只能达到0.5μm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=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。

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：

1、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。

附图说明

图1是本发明提高超分辨相位板光斑性能的装置结构示意图

图2是图1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1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。

具体实施方式

图1为本发明的一个具体实施例的结构原理图。由图1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1、数值孔径NA=0.95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1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2与所述的三环纯相位型超分辨相位板1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。

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r1、r2、r3，位相为φ₁=0，φ₂=π，φ₃=0。

对于NA=0.95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0、π、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。