[发明专利]圆环型光子筛及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于激光光束波面整形技术领域，特别是一种用于实现激光束在远场衍射光斑主斑压缩的圆环型光子筛及其制作方法。该种光子筛可用于光束整形、微电子无掩模刻蚀、强激光能量集中和其它需要能量聚焦到中心光斑的各种仪器中。

背景技术

通过各种途径对于激光衍射斑主斑进行压缩，并且抑制旁斑的能量是实用的课题。在光束整形、微电子无掩模刻蚀、强激光能量集中和其它需要能量聚焦到中心光斑的各种仪器中均需要极小的主斑宽度和极高的主斑能量。

位相调制技术是通过改变衍射光线传播截面的位相分布从而实现预期衍射光强分布的技术。用于进行调制的方法有多种，有固定位相分布的位相板，也有用光电晶体制成的可由电压控制位相分布的调制片。因为衍射位相板光能的利用效率最高，所以最常用。

所谓光子筛，是一种新型聚焦成像衍射光学器件，利用它可以对X光聚焦和成像，这是一般棱镜和玻璃材料的成像光学器件无法实现的。光子筛与传统的光学元件Fresnel波带片相比，具有高分辨率和抑制二级衍射主极大等优点，能提高成像的对比度。而且，作为新型衍射元件，它具有体积小、重量轻、易复制等优点。

光子筛可以应用于高分辨率显微镜、天文望远镜、下一代光刻，激光可控核聚变(ICF)研究等。

在2001年，Kipper et al.首次提出了一种新型的衍射光学器件：光子筛，用它来对软X射线和EUV辐射光源聚焦和成像[Kipp，L，Skibowski，M.，Johnson，R.L.，Berndt，R.，Adelung，R.，Harm，S.，andSeemann，R.Sharper images by focusing soft X-ray with photonsieves.Nature[J]，2001.414，184-188.]。

2003年Gil and Menon报道在“光束扫描光刻”(ZPAL)系统中用光子筛替代波带片[Menon，R.，Gil，D.Barbastathis，G.，and Smith，H.I.Photon-sieve lithography[J].Opt.Soc.Am.A，2005.22(2)，342-345.]。

此后，由于光子筛本身具有的优越的性能，人们对它越来越感兴趣，并将它应用于各种新的研究领域，如环绕太阳卫星的EUV望远镜，THZ波全息术等[S.Wang and X.Zhang.Terahertz tomographic imagingwith a Fresnel lens[J].Opt.Photon.2002.News 13，59]。

光子筛(Photon Sieve，PS)是在菲涅耳波带环上制作大量适当分布的具有不同半径的透光微孔的衍射光学元件(Diffraction OpticalElement，DOE)。

光子筛在软X射线、极紫外线的聚焦和成像上有很好的应用，可应用于高分辨率显微术、光谱学、下一代光刻等领域。用光子筛(PS)代替菲涅耳波带片Fresnel zone plate(FZP)对软X射线聚焦和成像，可以得到更高的分辨率，降低对光刻技术制作工艺的要求。但是光子筛聚焦的光斑可以作进一步的压缩。

超分辨技术是一项被深入研究过的技术。超分辨技术的核心是通过改变入射光瞳的孔径透过率函数(振幅或位相调制)以实现小于爱里斑的中央衍射光斑。[参见Opt.Lett，T.R.M.Sales and G.M.Morris，22，pp.582-584，1997]。

超分辨技术关心的是中心零级谱点的尺寸大小，而对非零谱点间能量的分布比例情况并不考虑。但超分辨处理的往往是圆形孔径，因此，超分辨技术提供了有关孔径和圆环孔径光衍射的数学处理工具。超分辨技术给我们提供了描述中央主斑压缩得工具。它们是斯塔尔比(Strehl ratio)和第一零点比(first zero)。

斯塔尔比定义为主斑能量占衍射场总能量的比值，第一零点比定义为主斑与衍射第一级大之间衍射场能量的最低值之间的比率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种圆环型光子筛及其制作方法，以实现激光束远场衍射斑的主斑大小的再压缩。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种圆环型光子筛，该圆环型光子筛是一种在透明介质上，先制造普通的光子筛，然后在每个普通光子筛的衍射孔处刻蚀双圆环位相环，形成有多个同心环带位相衍射单元的位相板。