[发明专利]扫描耗尽激光显微镜

说明书

提出了两种类型的扫描耗尽激光(SDL)显微镜，以获得由艾里斑和反振幅环状体构成的耗尽纳米射束，以用于获得高分辨率纳米级图像、纳米级光刻和纳米级光信息存储。提出的第一类型的SDL(SDL‑1)采用由艾里斑透镜和相对1800相移环状透镜组成的1800相移透镜单元，以在通过激光射束后在样品表面上形成耗尽纳米射束。提出的第二类型的SDL(SDL‑II)已经采用两个1800相移激光交叉射束来分别通过零相移透镜单元的环状透镜单元和艾里斑透镜，以在样品表面上形成耗尽纳米射束。溶液和气体也可以填充在透镜单元和样品之间，以分别进一步减小纳米射束的尺寸。提出了几种透镜单元，并且还提出了多个相移透镜单元以加快过程。

相关申请的交叉引用

本申请要求对2020年7月31日提交的标题为“Scanning Depletion LaserMicroscope”的英国申请No.GB2012000.2的优先权和权益，该申请出于所有目的以其整体通过引用特此并入。

技术领域

本发明涉及扫描耗尽激光(SDL)显微镜技术领域，并且更特别地涉及用于获得纳米级光刻技术、高分辨率纳米级图像和纳米级光信息存储的SDL显微镜。

背景技术

已经利用激发发射消耗(STED)荧光显微镜获得纳米级分辨率的光学图像，该显微镜在2014年获得了诺贝尔化学奖。发明的STED通过突破光学衍射极限而已经在光学图像分辨率方面带来了革命性变化，但其应用限于染色分子图像。还可利用扫描近场显微镜(SNM)获得纳米级图像，该显微镜具有带有纳米级孔的非常尖锐的尖端。SNM没有对于对任何特定样本成像而言的限制，但是其工作距离只有几纳米，从而导致其他问题，诸如纳米级孔污染以及光强度增加时的过热。

光刻是电路、芯片和设备大规模生产的关键过程，而用于在光刻胶上制作纳米级图案的光刻机是微/纳米电子工业成功的必要过程。现在，声称的是由极其昂贵的光刻机制作的线宽已经设法减小到亚10nm。但是，这种光学光刻机太过昂贵，以致于许多研究机构以及甚至许多产业都买不起。电子束光刻(EBL)通常用于大学、机构中或甚至产业研发(RD)中的纳米级研究以及小规模生产，因为EBL相对买得起。但是，EBL在制作纳米级图案方面有很多限制，诸如没有来自样品的磁杂散场并且电子电荷须接地。特别地，EBL太慢而不能用于产业中的大规模生产。此外，即使使用EBL，亚10nm的分辨率也提出巨大挑战。扫描激光直写机也已被发明并用于光学光刻，但限于亚微米线宽。

信息存储呈现信息技术和人们的日常生活的关键部分之一。当前，磁存储和半导体闪存存储器仍然是信息存储的两种主要方式。由于波长限制导致低面存储密度，光学存储已经被打倒。但是，与磁性存储和半导体闪存存储器相比，光学存储使用非接触存储方法，并且在数据传输期间不会有病毒。因此，只要面存储密度能够与磁性存储和闪存存储器中的面存储密度相匹配，光学存储就可能会代替可移动磁性硬盘驱动器或可移动闪存存储器驱动器，因为光学存储没有病毒传输、通过使用光学盘而更加经济并且更加可靠，因为光学存储盘仅是记录介质而没有任何复杂的机械或电路。