一种单极涡旋光栅制造技术

本发明专利技术实施例公开了一种单极涡旋光栅，包括衬底薄膜和位于衬底薄膜中的穿所述衬底薄膜的多个透光通孔列，所述多个透光通孔列构成光栅，且每个透光通孔列有多个透光通孔构成；其中，所述透光通孔列的中心位置为对平面波加载涡旋相位分布图后获得的全息干涉图二值化后的平衡位置，所述透光通孔列中各透光通孔的位置为所述透光通孔列所在平衡位置随机扰动后的位置，从而利用空间相位调节机制实现了类正弦光栅的单极输出，抑制了高次谐波的多级输出，达到和全息图类似的效果，提高了信噪比，进而消除了高谐波污染，提高了分辨率。

A Unipolar Vortex Grating

The embodiment of the present invention discloses a single-pole scroll grating, which comprises a substrate film and a plurality of light-transmitting through-hole rows located in the substrate film through the substrate film. The plurality of light-transmitting through-hole rows constitute a grating, and each light-transmitting through-hole row has a plurality of light-transmitting through-hole rows, wherein the center position of the light-transmitting through-hole rows is flat. The equilibrium position of the holographic interferogram obtained by the binarization of the phase distribution of the vortices loaded by the surface wave is random perturbation of the equilibrium position of the transparent through-hole array. Thus, the monopole output of sinusoidal-like grating is realized by using the spatial phase adjustment mechanism, and the high output is suppressed. The multi-stage output of sub-harmonics achieves the effect similar to hologram, improves the signal-to-noise ratio, eliminates the high-harmonic pollution and improves the resolution.

【技术实现步骤摘要】
一种单极涡旋光栅
本专利技术涉及涡旋光场
，尤其涉及一种单极涡旋光栅。
技术介绍
涡旋光场由于具有很多优良特性，被广泛研究，并在诸如离子操作、光通信、全息光刻技术和超分辨率(SPED)显示等领域得到了相应商业应用。虽然螺旋相位板(SpiralPhasePlate，简称SPP)器件被认为是产生涡旋光场的一种重要且有效的方法，但是，在极紫外甚至x-ray波段，SPP的光场特性依赖台阶的高度和台阶数目、当SPP的台阶数目较少时，其输出涡旋光场的特性无法保证；当SPP的台阶数目较多时，其加工难度较大。而且，利用普通光栅技术产生涡旋对，在宽光谱工作下会出现多级涡旋堆叠的问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种单极涡旋光栅，以在保证涡旋光场单极输出特性的同时降低涡旋光场输出器件的加工难度。为解决上述问题，本专利技术实施例提供了如下技术方案：一种单极涡旋光栅，用于产生一对涡旋光场，抑制多级涡旋对的产生，所述单极涡旋光栅包括：衬底薄膜，以及贯穿所述衬底薄膜的多个透光通孔列；其中，所述透光通孔列的中心位置为平面波与待产生涡旋光场的涡旋相位分布干涉形成的全息干涉图二值化后的平衡位置，所述透光通孔列中各透光通孔的位置为在所述平衡位置施加随机扰动后的位置。可选的，所述随机扰动对应的随机分布为正弦分布、正态分布、高斯分布或t分布。可选的，所述透光通孔列中的各透光通孔连续分布或离散分布。可选的，所述单极涡旋光栅为振幅型元件，所述衬底薄膜为吸收衬底薄膜。可选的，所述衬底薄膜的材料为金、银、铝、铬、硅、氮化硅或碳化硅。可选的，所述衬底薄膜的厚度为100nm。可选的，所述单极涡旋光栅可选为相位型元件，所述衬底薄膜为透光薄膜，射向所述单极涡旋光栅的入射光经所述衬底薄膜射出后与其经所述透光通孔射出后具有相位差。可选的，所述透光通孔的横向长度的N倍与所述单极涡旋光栅的平衡位置的横向周期相等，其中，N为大于1的整数；所述平衡位置的横向周期为相邻两个透光通孔列的中心线之间的距离，所述横向垂直于所述透光通孔列延伸方向。可选的，当所述透光通孔列中各透光通孔为方形孔时，所述述透光通孔的横向长度为所述单极涡旋光栅的平衡位置的横向周期的0.5倍；当所述透光通孔列中各个透光通孔为离散分布的圆形孔时，所述透光通孔的横向长度为所述单极涡旋光栅的平衡位置的横向周期的(1.22/2)倍或(1.3/2)倍。可选的，所述全息干涉图二值化后的平衡位置处的横向周期满足：Λ＝λ/sin(arctan(Δ/(2·d)))；其中，Λ为所述全息干涉图二值化后的平衡位置的横向周期；d为单极涡旋光栅的输出距离；Δ为出射涡旋对的间距；λ为入射光的中心波长。可选的，所述透光通孔的设计自由度有五个。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：本专利技术实施例所提供的单极涡旋光栅，包括衬底薄膜和位于衬底薄膜中的穿所述衬底薄膜的多个透光通孔列，所述多个透光通孔列构成光栅，且每个透光通孔列有多个透光通孔构成；其中，所述透光通孔列的中心位置为对平面波加载涡旋相位分布图后获得的全息干涉图二值化后的平衡位置，所述透光通孔列中各透光通孔的位置为所述透光通孔列所在平衡位置随机扰动后的位置，从而利用空间相位调节机制实现了类正弦光栅的单极输出，抑制了高次谐波的多级输出，达到和全息图类似的效果，提高了信噪比，进而消除了高谐波污染，提高了分辨率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一个实施例所提供的单极涡旋光栅中各透光通孔连续分布的局部结构图；图2为本专利技术一个实施例所提供的单极涡旋光栅中各透光通孔连续分布更细化的局部结构图；图3为本专利技术一个实施例所提供的单极光栅单极涡旋光栅中各透光通孔离散分离的局部结构图；图4为所述透光通孔为相位或振幅型透光通孔时，本专利技术实施例所提供的单极涡旋光栅在极紫外光照射下，计算机模拟产生的纯涡旋对无零级输出模拟图；图5为所述透光通孔为振幅型透光通孔时，本专利技术实施例所提供的单极涡旋光栅在极紫外光照射下，计算机模拟产生的零级和涡旋对输出模拟图；图6为本专利技术实施例所提供的单极涡旋光栅为二元振幅元件时，在极紫外光的照射下x轴方向的相对衍射效率模拟示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。本专利技术实施例提供了一种单极涡旋光栅，用于产生一对涡旋光场，抑制多级涡旋对的产生，如图1所示，该单极涡旋光栅包括：衬底薄膜10以及贯穿所述衬底薄膜10的多个透光通孔列，所述透光通孔列的中心位置为平面波与待产生的涡旋光场的涡旋相位分布干涉形成的全息干涉图二值化后的平衡位置，所述透光通孔列中各透光通孔20的位置为在所述平衡位置施加随机扰动后的位置。具体的，所述透光通孔列的中心位置的获取方法包括：利用平面波和待产生的涡旋光场的涡旋相位分布干涉得到全息干涉图；对所述全息干涉图进行二值化得到平衡位置，该平衡位置即为所述透光通孔列的中心位置。所述通孔列中各透光通孔位置处所施加的随机扰动中，可选的，其扰动的振幅的最大值不大于所述单极涡旋光栅的平衡位置的横向周期的一半且不小于横向周期的四分之一，以避免随机扰动的振幅过大，超过横向周期，破坏衍射图案。扰动多大或过小都会导致所述单极涡旋光栅输出的涡旋光场特性就无法保证。需要说明的是，在本专利技术实施例中，所述衬底薄膜可以对射向其的入射光的振幅和/或相位进行调制，以改变射向其的入射光的振幅和/或相位。在上述实施例的基础上，在本专利技术的一个实施例中，所述单极涡旋光栅为振幅型元件，通过调制入射光的振幅，实现涡旋光场的产生，在本专利技术实施例中，所述衬底薄膜为吸收衬底薄膜，优选为衬底薄膜，用于吸收入射光中的特定光线(如紫外光)；在本专利技术的另一个实施例中，所述单极涡旋光栅为相位型元件，通过调制入射光的相位，实现涡旋光场的产生，在本专利技术实施例中，所述衬底薄膜可以为透光薄膜，可选的，射向所述单极涡旋光栅的入射光经所述衬底薄膜射出后与其经所述透光通孔射出扣的光线存在相位差，该相位差的具体数值视所述单极涡旋光栅的应用需求而定，本专利技术对此并不做限定。需要说明的是，当所述单极涡旋光栅为相位型元件时，射向所述单极涡旋光栅的入射光经所述衬底薄膜射出后与其经所述透光通孔射出扣的光线之间相位差满足a+2kπ，其中，a的取值范围为(0，π)，包括右端点值，k的取值为整数。其中，a的取值越接近π，所述单极涡旋光栅产生的涡旋光场的效果越好。当所述单极涡旋光栅为振幅型元件时，所述单极涡旋光栅产生的涡旋光场的效率依赖于所述衬底薄膜与所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单极涡旋光栅，用于产生一对涡旋光场，抑制多级涡旋对的产生，其特征在于，所述单极涡旋光栅包括：衬底薄膜，以及贯穿所述衬底薄膜的多个透光通孔列；其中，所述透光通孔列的中心位置为平面波与待产生涡旋光场的涡旋相位分布干涉形成的全息干涉图二值化后的平衡位置，所述透光通孔列中各透光通孔的位置为在所述平衡位置施加随机扰动后的位置。

【技术特征摘要】
1.一种单极涡旋光栅，用于产生一对涡旋光场，抑制多级涡旋对的产生，其特征在于，所述单极涡旋光栅包括：衬底薄膜，以及贯穿所述衬底薄膜的多个透光通孔列；其中，所述透光通孔列的中心位置为平面波与待产生涡旋光场的涡旋相位分布干涉形成的全息干涉图二值化后的平衡位置，所述透光通孔列中各透光通孔的位置为在所述平衡位置施加随机扰动后的位置。2.根据权利要求1所述的单极涡旋光栅，其特征在于，所述随机扰动对应的随机分布为正弦分布、正态分布、高斯分布或t分布。3.根据权利要求1所述的单极涡旋光栅，其特征在于，所述透光通孔列中的各透光通孔连续分布或离散分布。4.根据权利要求1所述的单极涡旋光栅，其特征在于，所述单极涡旋光栅为振幅型元件，所述衬底薄膜为吸收衬底薄膜。5.根据权利要求4所述的单极涡旋光栅，其特征在于，所述衬底薄膜的材料为金、银、铝、铬、硅、氮化硅或碳化硅。6.根据权利要求4所述的单极涡旋光栅，其特征在于，所述衬底薄膜的厚度为100nm。7.根据权利要求1所述的单极涡旋光栅，其特征在于，所述单极涡旋光栅可选为相位型元件，所述衬底薄膜为透光薄膜，射向所述单极涡旋光栅的入射光经所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢常青，王恩亮，史丽娜，李海亮，刘明，高南，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11