[发明专利]一种二元光子筛

说明书

技术领域

本发明涉及光学元件，尤其涉及一种二元光子筛。

背景技术

光子筛是将传统的菲涅尔波带片中的透光环带用随机分布的大量透光的小孔来代替的一种新型的衍射元件(如图1所示)。相对于菲涅尔波带片，光子筛上的小孔在对应的菲涅尔透光环带区域的随机分布，能够有效的抑制光轴方向的高阶衍射和横向的旁瓣效应，改善成像对比度，可以得到更为锐利的焦点，而且相对于传统的菲涅尔波带片和二元衍射元件最外围环带宽度受加工工艺限制，光子筛外围区域(对应的菲涅尔环带通常为环带宽度接近加工工艺极限的环带)可以用大于对应菲涅尔环带宽度的小孔来等效，可以放宽对加工工艺的要求，对于相同的工艺条件可以获得更大光焦度。光子筛的这些特性使得它在高分辨率成像、超细线宽光刻技术方面有着非常好的应用前景。可应用于纳米成像，纳米光刻等高分辨显微成像中，也可应用于结构紧凑的可见光成像系统中，还可应用于轻型望远镜系统中、激光雷达成像系统中等。通过在几十微米厚的薄膜平面基底上实现二元光子筛，形成望远镜主镜，具有超轻的质量，可大大减轻望远镜的重量及加工装校难度，因此在航天领域也有应用前景。光子筛的不足之处在于它的衍射效率不高，虽然在紫外光刻中得到了成功的应用，但在成像透过率要求较高的应用中还存在能量较弱的问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服衍射效率不高的缺点，提供一种二元光子筛。

它具有透光平面基底、基底上设有不透光薄膜，在不透光薄膜上设有透光小孔，透光小孔为平面式透光小孔和凹坑式透光小孔或者平面式透光小孔和凸台式透光小孔。

所述的平面式透光小孔随机分布在中心半径为r_n，宽度为w_n的环带上，平面式透光小孔的圆心分布在环带中心半径r_n上，平面式透光小孔之间不重叠，其中：

r_n²＝2nfλ+n²λ²      n＝1，2，3，......

对应r_n上的平面式透光小孔的直径为：

d_n＝w_n＝λf/2r_n；

凹坑式透光小孔或者凸台式透光小孔随机分布在中心半径为r_m，宽度为w_m的环带上，小孔的圆心分布在环带中心半径r_m上，透光小孔之间不重叠，其中：

r_m²＝λ²(2m-1)²/4+(2m-1)λf     m＝1，2，3，......

对应r_m上的透光小孔b的直径为：

d_m＝w_m＝λf/2r_m；

其中，λ是设计波长；r_n、r_m是元件径向半径；f为二元光子筛的焦距。

凹坑式透光小孔或者凸台式透光小孔的凸台或凹槽的高度H为：

H＝λ/2(n-1)

其中，n为基底材料的折射率。

本发明的有益效果：

1)相对于菲涅尔波带片，光子筛上的小孔在对应的菲涅尔透光环带区域的随机分布，能够有效的抑制光轴方向的高阶衍射和横向的旁瓣效应，改善成像对比度，可以得到更为锐利的焦点；

2)相对于菲涅尔波带片和振幅型光子筛，二元光子筛具有更高的衍射效率。

附图说明

图1是采用平面式透光小孔和凹坑式透光小孔的二元光子筛结构示意图；

图2是采用平面式透光小孔和凸台式透光小孔的二元光子筛结构示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，二元光子筛具有透光平面基底1、基底上设有不透光薄膜2，在不透光薄膜上设有透光小孔，透光小孔为平面式透光小孔3和凹坑式透光小孔4或者平面式透光小孔3和凸台式透光小孔5。

平面式透光小孔3随机分布在中心半径为r_n，宽度为w_n的环带上，平面式透光小孔的圆心分布在环带中心半径r_n上，平面式透光小孔之间不重叠，其中：

r_n²＝2nfλ+n²λ²        n＝1，2，3，......             (1)

对应r_n上的平面式透光小孔的直径为：