[发明专利]一种高分辨力超衍射聚焦结构透镜的制作方法

摘要

本发明提供一种高分辨力超衍射聚焦结构透镜的制作方法，该方法选取合适的基底材料，在基底上蒸镀或溅射沉积一层金属膜，让一定偏振态的单色光垂直于金属膜上表面入射；选取金属膜上表面的中心点为坐标原点，过中心点的坐标轴分别为x轴和y轴，垂直于金属膜的中心点连线为z轴；依据等光程原理，计算出金属膜的Fresnel各级环带位置；利用现有纳米加工技术，对金属膜的各环带区域开纳米小孔。环带区域内纳米小孔的周期或非周期排布位置由入射光的偏振态决定；紧接着交替蒸镀或溅射沉积纳米厚度的金属和介质平面多层膜结构。本发明所设计的透镜结构简单，可以用于纳米光刻和数据存储，大量提高电子器件的集成度，具有广阔的发展前景。

主权项

1.一种高分辨力超衍射聚焦结构透镜的制作方法，其特征在于包括下列步骤：步骤(1)选择入射光的工作波长λ，根据其波长选择透光的基底材料；步骤(2)在基底表面蒸镀或溅射沉积厚度为d的遮光金属膜，一定偏振态的工作波长λ的单色光垂直于遮光金属膜上表面入射；步骤(3)根据式(1)计算入射光在所取的遮光金属膜中的趋肤深度：dF=λ2π(ϵ1+ϵ2ϵ12)1/2---(1)]]>其中d_F表示趋肤深度，ε₁表示遮光金属的介电常数的实部，ε₂表示遮光金属周围介质的介电常数；步骤(4)取垂直穿过遮光金属膜的中心位置为z轴，假设z轴与遮光金属膜上表面相交位置为坐标原点，过遮光金属膜上表面中心点连线分别为x轴和y轴；在遮光金属膜表面(x-y平面)进行抽样，依据Fresnel波带的第一级环带位置应该选择距原点那么将m＝0代入公式(2)、(3)计算，可以得到第一环带的径向宽度w_2m+1＝|r_2m+1-r_2m|，φ_2m+1-φ_2m＝π(2)φ2m+1=2πϵxyf2+ϵzz(x2m+12+y2m+12)/λ---(3)]]>其中，λ是入射光在自由空间中的波长，ε_xy和ε_zz分别是遮光金属膜下方交替蒸镀或溅射沉积的纳米厚度的贵金属和介质多层膜横向和纵向的等效介电常数，f为设计聚焦透镜的焦距，w_2m+1为第2m+1个环带的径向宽度；步骤(5)为了使遮光金属膜上的所有环带对聚焦光斑都有正贡献，各个环带间的相位差应为2mπ；将m＝1代入公式(2)、(3)，可知第3个环带的位置和径向宽度由(4)、(5)、(6)式表示：r2m=x2m2+y2m2=((2m)2λ2/4+(2m)λϵxyf2+ϵzzr02)/ϵzz+r02---(4)]]>r2m+1=x2m+12+y2m+12=((2m+1)2λ2/4+(2m+1)λϵxyf2+ϵzzr02)/ϵzz+r02---(5)]]>w_2m+1＝|r_2m+1-r_2m|(6)利用等光程原理，由(4)、(5)、(6)式可以得到第三个环带即m＝1时在掩模金属膜上的位置和环带宽度；步骤(6)同理，通过重复步骤(5)计算出第2m+1环带的空间位置和环带宽度，其中m＞1，从而获得Fresnel波带在遮光金属膜上的环带排布；步骤(7)根据上述设计所得的各个环带的空间位置，利用现有加工技术进行制作，对各个环带进行开孔处理，得到纳米小孔；步骤(8)纳米小孔在各级环带的大小、形状和分布由入射光的偏折态决定；步骤(9)对基底上的遮光金属膜的各级环带位置打孔处理之后，交替蒸镀或溅射沉积纳米级厚度的贵金属和介质多层膜结构；沉积多层膜的厚度为设定的超衍射聚焦结构透镜的焦距f。