[发明专利]一种二次光栅型光子筛

说明书

本发明提供一种二次光栅型光子筛，属于衍射光学元件设计技术领域。所述光子筛包括透明衬底层以及位于透明衬底层上的金属层，所述金属层上分布有若干个小孔；所述小孔的中心距离光子筛中心的距离为r_n：所述小孔位于二次光栅的亮环内，亮环由圆弧刻槽组成，各个圆弧刻槽的中心半径为：本发明的光子筛可以将多个切面的物平面成像在同一个像面上，同时成像面沿着垂直光轴方向分布，具有三维成像的作用。本发明设计的光子筛结构简单，易于制作。

技术领域

本发明属于衍射光学元件设计技术领域，具体为一种二次光栅型光子筛。

背景技术

传统的透镜都是由玻璃加工而成，光线在透镜中以折射或者反射的方式通过，产生汇聚或发散的效果，这种透镜统称为折射透镜。不同于传统的折射透镜，衍射光学元件通过衍射的方式对光线进行汇聚和发散，称之为衍射透镜。

光子筛是一种新型的衍射光学元件，由德国Kipp教授在传统波带片的基础上提出。它通过分布在波带片亮环上的大量随机分布的小孔代替波带片的亮环，光线通过小孔产生衍射效应，不同的小孔产生衍射相干叠加，进而在中心处产生高质量的聚焦光斑。相对于波带片，由于小孔直径比环带宽度大，可以在相同的加工尺寸情况下获得大口径，产生更小的聚焦光斑。同时光子筛可以在紫外光和X射线下聚焦和成像。此外光子筛可以在非常薄的基底上加工实现，这有利于制作成大口径，也有利于光学系统的轻量化。2003年，麻省理工学院报道了基于高数值孔径的光子筛的无掩模光子筛阵列光刻系统(ZPAL)。中国科学院光电技术研究所开展了大数值孔径光子筛聚焦光刻方法研究。国内外在光子筛聚焦以及成像领域开展了研究工作。

发明内容

为实现光子筛多切面成像，本发明提出一种二次光栅型光子筛。传统的光子筛成像只能对单一的二维平面进行成像，本发明充分利用光子筛高效聚焦的优点和设计的灵活性，实现多切面高分辨率成像。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种二次光栅型光子筛，所述光子筛包括透明衬底层以及位于透明衬底层上的金属层，所述金属层上分布有若干个小孔；所述小孔的位置需同时满足以下条件：

所述小孔的中心距离光子筛中心的距离为r_n：

上式中，n为环带数，f为光子筛焦距，λ为光子筛的设计波长；

所述小孔位于二次光栅的亮环内，亮环由圆弧刻槽组成，各个圆弧刻槽的中心半径为：

上式中，m是刻槽数，R是二次光栅的口径的半径，W₂₀是二次光栅的离焦系数，d₀是光栅中心处的周期。

作为本发明所述一种二次光栅型光子筛的一个具体实施例，所述二次光栅的亮环为圆弧Cm和Cm-1所围成的区域,其中，m＝…,-5,-3,-1.1,3,5,…。

作为本发明所述一种二次光栅型光子筛的一个具体实施例，所述小孔的大小d满足以下条件：

上式中，k为1.53。

作为本发明所述一种二次光栅型光子筛的一个具体实施例，所述透明衬底层为透明材料，所述金属层为不透光金属层。

作为本发明所述一种二次光栅型光子筛的一个具体实施例，所述透明衬底层为有机玻璃，所述金属层为金，铜或者铬中的一种。

作为本发明所述一种二次光栅型光子筛的一个具体实施例，所述小孔为振幅型小孔。

作为本发明所述一种二次光栅型光子筛的一个具体实施例，所述二次光栅的各个圆弧刻槽为同心圆分布，其圆心位置为：