[发明专利]一种亚波长光栅周期的测量器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型亚波长光栅周期的测试方法，具体原理是基于金属-介质多层膜滤波特性，通过观测携带待测亚波长光栅信息的干涉条纹确定光栅周期。

背景技术

随着电子元器件的小型化和集成化程度越来越高，纳米科学技术引起了人们的广泛关注，在医疗检测、国防军事等领域存在巨大的应用前景。其中衍射极限成为了限制直接利用光学手段观测微细结构的主要因素之一，部分携带物体信息的波矢以倏逝波的形式存在，被局域在物体的表面上，无法参与远场成像。在一系列的解决方案中，基于探针结构的原子力显微镜通过对微细结构的逐行扫描，实现对表面结构形貌的成像；另外基于光纤探头的SNOM显微镜也是通过结构表面的扫描以观测表面的光学特性。但以上成像方法都需要对物体的逐行扫描，实时性较差，而且工艺手段复杂，成本昂贵等，不利于系统集成。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种基于金属-介质多层膜结构的亚波长光栅周期的测试方法。该方法不仅简化了工艺手段，更增加了设计灵活性、实时性，具有很强的实用价值。

为实现所述目的，本发明一种亚波长光栅周期的测量器件，其特征在于：由标准光栅和金属介质多层膜组成，金属-介质多层膜由多层介质层和多层金属层为相间隔放置；介质层的上层位于标准光栅的下方，金属层的底层位于待测光栅上方，将电场方向与标准光栅方向垂直的线偏振入射光照射到标准光栅上，标准光栅产生多级携带高空间频率的衍射波，并通过金属介质多层膜滤波；滤过透射波与待测光栅差频形成能观测的长周期干涉条纹；最后观察测量干涉条纹并确定待测光栅周期。

本发明的技术解决方案是：

本发明与现有技术相比所具有的特点是：在金属-介质多层膜结构超衍射传输能力的基础上，利用多层膜的空间滤波效应，对标准光栅结构产生的高空间频率衍射波进行滤波。然后观测并测量透过波与待测光栅差频产生的干涉条纹，完成对待测光栅周期的检测。相对于普通超成像器件，该方法不仅简化了工艺手段，更增加了设计灵活性、实时性，具有很强的实用价值。

附图说明

图1是本发明实施例所设计的亚波长光栅周期的测试剖面图；

图2是本发明实施例所设计的亚波长光栅周期的测试俯视图；

图3是本发明实施例所设计的亚波长光栅周期的测试中的金属-介质多层膜结构空间滤波曲线；

图4是本发明实施例所设计的亚波长光栅周期的测试的干涉条纹仿真图；

图5时本发明实施例所设计的亚波长光栅周期的测试的干涉条纹实验图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

请参阅图1，图1和图2为本发明亚波长光栅周期的测试结构图。如图2所示，本发明由标准光栅1和金属介质多层膜组成，金属介质多层膜由多层介质层2和多层金属层3为相间隔放置；介质层2的上层位于标准光栅1的下方，金属层3的底层位于待测光栅4上方，将电场方向与标准光栅方向垂直的线偏振入射光照射到标准光栅1上，标准光栅1产生多级携带高空间频率的衍射波，并通过金属介质多层膜滤波；滤过透射波与待测光栅4差频形成能观测的长周期干涉条纹；最后观察测量干涉条纹并确定待测光栅4周期。

其中，标准光栅1和待测光栅4排布方向一致。

其中，所述的金属介质多层膜结构具有倏逝波传输能力。

其中，在工作波段下，利用金属介质多层膜选择性透过+n和-n级次的标准光栅1的衍射光，n为标准光栅1的激发衍射级次。

其中，每层金属膜3的厚度选择在10纳米到100纳米，材料为能够激发表面等离子体的金属金、银、铜或铝中的一种。

本发明实施例的具体步骤如下：

步骤1：工作波长选为532纳米，入射光偏振态选为电场方向与光栅方向垂直的线偏振模式。

步骤2：标准光栅1和待测光栅4材料分别选择高折射率的镉和硅。

步骤3：标准光栅1和待测光栅4周期分别选择400纳米和210纳米。

步骤4：当入射光入射到标准光栅1后，产生的高频空间衍射波可以由下式确定：