[发明专利]一种纳米尺度超分辨光学聚焦器件的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包含金属纳米圆孔或环带聚焦元件，特别涉及一种纳米尺度超分辨光学聚焦器件。

背景技术

近年来，纳米技术得到了突飞猛进的发展，其在光刻等方面的应用也对相应的分辨率提出了新的要求，各种聚焦器件正在逐步朝着小型化和集成化的方向发展。在一系列的新型聚焦器件中，如超光栅(Hypergratings)是利用菲涅尔波带片的聚焦效果与多层纳米膜的超分辨特性得到很小的焦斑，但是其透过效率很低，焦斑强度很弱，且焦斑聚焦于多层膜内部。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：通过凹槽环带间表面等离子体波的耦合，增强纳米厚度交替金属和介质多层膜结构的透过效率，通过凹槽的半径变化及深度调制，能实现对焦斑强度控制；本发明的目的是一种纳米尺度超分辨光学聚焦器件制作方法。

本发明提供一种纳米尺度超分辨光学聚焦器件的制作方法，包括下列步骤：

步骤S1：选择入射光的工作波长，根据其波长选择能透光的基底的材料；在表面蒸镀金属膜，入射光垂直于金属膜的上表面入射；取垂直穿过金属膜的中心的轴为z轴，设z轴与金属膜的上表面相交位置为坐标原点，在金属膜的上表面取过原点的某方向为x轴方向，确定x轴正方向及y轴方向；

步骤S2：根据工作波长λ选择金属薄膜与介质薄膜的材料，设计菲涅尔各级波带半径；

步骤S3：选择凹槽环带的位置即内环半径r，其要使凹槽激发的表面等离子体波能够与菲涅尔波带透过的光耦合；

步骤S4：调制凹槽环带的宽度与深度，用以达到不同聚焦强度的焦斑；

步骤S5：选择凹槽环带的排列方向，用于对入射光的偏振态有着不同的响应；

步骤S6：根据上述设计得到的奇数级或者偶数级菲涅尔波带位置及宽度，凹槽位置及宽度，获得包含奇数或偶数级菲涅尔波带环形条缝和凹槽的金属掩膜；

步骤S7：在金属掩膜后表面交替蒸镀纳米厚度的金属和介质多层膜结构以支持超衍射传输达到超分辨效果，沉积多层膜的总厚度为设定的超衍射聚焦结构透镜的焦距；

步骤S8：在多层膜结构后蒸镀一层纳米厚度的光刻胶及一层反射金属层，获得纳米尺度超分辨光学聚焦器件。

本发明与现有技术相比所具有的优点是：利用环带纳米开孔金属膜产生的倏逝波和纳米厚度交替金属和介质多层膜结构的倏逝波传播能力，实现高分辨力的超衍射极限聚焦，通过凹槽环带的耦合作用，增加透射效率，方便用于纳米光刻和高容量数据存储装置的纳米尺度超分辨光学聚焦器件。由此本发明解决了超光栅透过效率很低，焦斑强度很弱的缺陷。

本发明利用传统菲涅尔波带片的原理及纳米级厚度的金属-介质多层膜的超衍射传输特性，设计一种超衍射聚焦元件；在菲涅尔波带周围设计一系列凹槽环带，调节凹槽的宽度、位置及深度，可以对焦斑的强度进行调制；同时，该金属膜聚焦元件结构非常简单，可以很方便的用于光路系统集成，具有广阔的应用前景。

本发明可以根据事先设定的透镜焦距来改变金属膜上菲涅尔环带的位置及大小以实现短焦距或长焦距的超衍射极限聚焦，通过凹槽的宽度、位置及深度来调制聚焦焦斑的强度，而且可以改变凹槽的排列方向来获得对不同偏振态的入射光的响应，同时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。

附图说明

图1a和图1b是本发明实施例所设计的超聚焦元件上表面的俯视图；

图2是本发明实施例所设计的超聚焦元件的中心剖面图；

图3是本发明实施例所设计的超聚焦元件的凹槽宽度对焦斑强度的调制图；

图4是本发明实施例所设计的超聚焦元件的凹槽深度对焦斑强度的调制图；

图5是本发明实施例所设计的超聚焦元件的凹槽位置对焦斑强度的调制图；

图中：1为凹槽环带，2为金属膜，3为菲涅尔一级波带圆孔，4为介质薄膜，5为光刻胶，6、7为金属薄膜，8为基底。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于下面实施例，应包括权利要求书中的全部内容。

图2示出制成纳米尺度超分辨光学聚焦器件，图2中1为凹槽环带，2为金属膜，3为菲涅尔一级波带圆孔，4为介质薄膜，5为光刻胶，6、7为金属薄膜，8为基底。金属膜2、介质薄膜4、光刻胶5、金属薄膜6、7、基底8均为上下紧密排布。

本发明实施纳米尺度超分辨光学聚焦器件的制作方法，包括下列步骤：