[发明专利]一种平面像场超分辨成像透镜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及透镜制备的技术领域，具体涉及一种平面像场超分辨成像透镜制备方法，其为一种制备曲面-平面缩小倍率超分辨成像透镜的方法。

背景技术

基于近场光学原理的超分辨成像透镜因不受衍射极限限制，能够传输高频信息、分辨半波长以下图形，具有广阔的应用前景，如生物医学探测、纳米光刻、实时动态成像等领域。

缩小倍率超分辨成像透镜特点在于：利用光波在曲面结构中传播实现物面到像面光场的尺寸变化，所以缩小倍率成像首先是利用物面和像面均为曲面结构的透镜实现的。但是，这种结构使得成像的有效面积减小、成像质量不高，并且难以与现有成像系统结合，造成使用价值不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有曲面缩小倍率超分辨成像透镜不足之处，提供一种平面像场超分辨成像透镜的制备方法，该方法只需要常规的涂胶、光刻和工艺镀膜，就可以制备出物面为曲面、像面为平面的缩小倍率超分辨成像透镜，拓展了现有缩小成像技术应用范围。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种平面像场超分辨成像透镜的制备方法，包括下列步骤：

步骤(1)、选择平整的基底；

步骤(2)、在基底表面旋涂牺牲层，牺牲层的厚度为d₁＝3～5um，并在100～150℃条件下烘30～150分钟。控制牺牲层的表面平整度≤5nm；

步骤(3)、在牺牲层上沉积平面多层膜，共沉积5～20组，每组由2层膜层组成，每层膜厚为20～30nm，所述平面多层膜总厚度d₂＝200～1200nm，其中Ag层和SiO₂层交替沉积；控制平面多层膜的表面平整度≤2nm；

步骤(4)、在平面多层膜上旋涂光刻胶，控制胶厚d₃＝2～3um；

步骤(5)、在光刻胶上采用移相掩模曝光，显影得到所需的半圆形结构。所得到的半圆形结构的半径为200～500nm；

步骤(6)、对步骤(5)中得到的半圆形结构进行刻蚀，将光刻胶中的半圆形结构转移到平面多层膜上，形成多层半圆形结构；

步骤(7)、在步骤(6)中得到的多层半圆形结构上蒸镀曲面多层膜，共蒸镀10～20组，每组由2层膜层组成。先蒸镀Ag然后是SiO₂，交替蒸镀。控制每层厚度20～30nm，总厚度d₄＝400～1200nm；

步骤(8)、在曲面多层膜上沉积一层铬膜。选用磁控溅射的方式，功率选用100～800W，铬膜的厚度d₅＝50～100nm；

步骤(9)、在步骤(8)中所镀的铬膜上开缝。使缝宽d₆＝50～150nm，缝间距d₇＝200～300nm；

步骤(10)、利用粘连剂将一块石英片粘连到铬膜上，尽量使粘连剂填充满整个铬层与石英片之间的所有空隙，使石英片与铬膜粘贴牢固；

步骤(11)、将基底和石英片泡在丙酮溶液内，通过溶解牺牲层来去掉基底材料，从而得到最终的透镜结构。

所述步骤(1)中的基底材料为红外波段的硅，也可以是光波段的石英或玻璃。

所述步骤(2)中所涂牺牲层可以为AZ-3100、AZ-1500和AZ-3170光刻胶。

所述步骤(3)中所沉积的平面多层膜可以通过磁控溅射镀膜也可以选择真空蒸镀的方式。

所述步骤(4)中所旋涂的光刻胶可以AZ-3100、AZ-1500或者AZ-3170光刻胶。

所述步骤(5)中采用的移相掩模曝光技术，曝光时间有曝光强度和光刻胶的厚度决定，为10～150秒。

所述步骤(6)中将光刻胶中的半圆形结构顺利转移到平面多层膜中，可以利用RIE、IBE或ICP来实现。刻蚀所选气体可以是SF₆、CHF₃或Ar。

所述步骤(7)中蒸镀的曲面多层膜中的单层膜厚可以控制在20～30nm之间。

所述步骤(8)中沉积的铬膜应该在腔体温度200～300℃下进行沉积，这样可以保持比较好的膜层致密度。

所述步骤(9)中在铬膜层上开缝的线宽为50-150nm。

所述步骤(10)所选择的粘连剂可以使紫外固化胶，也可以用PMMA。

本发明与现有技术相比所具有的优点是：