一种大视场衍射光子筛制造技术

本实用新型专利技术公开了一种大视场衍射光子筛，直径为D，包括透明平面基底和镀在该透明平面基底上的不透光金属薄膜，所述不透光金属薄膜上设有环带状分布的通光小孔，所述通光小孔的位置分布满足方程其中，f为光子筛的焦距，n为通光环带的环带序列，λ为光子筛的工作波长，R为光子筛的半径，η为小孔分布的操控系数，xm和ym是光子筛第m个小孔的中心位置，m＝1,2,3,…,num，其中通光环带半径约为小孔半径本实用新型专利技术提出的大视场衍射光子筛的最终成像对离轴像差不敏感，可以在大的视场范围内清晰成像，与传统光子筛相比，在相同数值孔径下的视场角度有明显的拓展。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种大视场衍射光子筛，属于光学元件

技术介绍
在现代光学系统中，衍射光学元件已经成为一种主要的元件。例如在超大空间望远镜、高分辨率显微镜、光谱成像、太赫兹光学、X射线成像及UV光刻等，它们具有结构紧凑、重量轻、设计灵活等优点。菲涅尔波带片(FZP)是一种典型的衍射光学元件，由一系列的同心圆环构成，而光子筛作为一种新的衍射光学元件，其首先由Kipp在2001年提出，由大量不重叠的小孔代替菲涅尔波带片的圆环，小孔易于控制，具有较菲涅尔波带片更高的分辨率。然而，所有的衍射光学元件只能在光轴上(0度视场)清晰成像，限制了衍射元件的应用，尤其在光学成像领域。2005年，Andersen提出了一种数值孔径(NA)0.05，口径10cm的大口径光子筛，有效工作视场只有0.5度。2009年，为了提高软X射线显微镜达到10nm分辨率，Chao等提出了一种利用菲涅尔波带片的纳米加工过程。但是，由于小的视场限制2.5μm，使得整个系统的装调极具挑战。2014年，Andersen提出了一种以光子筛为主镜的薄膜空间望眼镜，有效工作视场只有0.008度。显然，所有衍射成像元件只能有效工作在轴上，只能在几乎0度视场可以清晰成像。有鉴于此，开发一种新的光子筛，解决现有技术中有效工作视场范围小的缺陷，显然是有必要的。
技术实现思路
本技术的专利技术目的是提供一种大视场衍射光子筛，解决现有技术中光子筛工作视场小的缺点。为达到上述专利技术目的，本技术采用的技术方案是：一种大视场衍射光子筛，直径为D，包括透明平面基底和镀在该透明平面基底上的不透光金属薄膜，所述不透光金属薄膜上设有环带状分布的通光小孔，所述通光小孔的位置分布满足方程其中，f为光子筛的焦距，n为通光环带的环带序列，λ为光子筛的工作波长，R为光子筛的半径，η为小孔分布的操控系数，xm和ym是光子筛第m个小孔的中心位置，m＝1,2,3,…,num，其中通光环带半径约为小孔半径优选地，所述η＝15λ。优选地，所述透明平面基底为透明玻璃基底。优选地，所述不透光金属薄膜为铬膜。由于上述技术方案运用，本技术与现有技术相比具有下列优点：本技术提出的大视场衍射光子筛的最终成像对离轴像差不敏感，可以在大的视场范围内清晰成像，与传统光子筛相比，在相同数值孔径下的视场角度有明显的拓展。附图说明图1是本技术实施例一的结构示意图。图2是本技术实施例一中传统光子筛和大视场衍射光子筛的结构对比图。图3是本技术实施例一中传统光子筛和大视场衍射光子筛的PSF对比图。图4是本技术实施例一中传统光子筛和大视场衍射光子筛在不同视场下的MTF曲线图。图5是本技术实施例一的成像测试装置图。图6是本技术实施例一中传统光子筛的测试结果图。图7是本技术实施例一中大视场衍射光子筛的测试结果图。其中：1、透明平面基底；2、不透光金属薄膜。具体实施方式下面结合附图及实施例对本技术作进一步描述：实施例一：参见图1所示，一种大视场衍射光子筛，直径为D，包括透明平面基底1和镀在该透明平面基底上的不透光金属薄膜2，所述不透光金属薄膜上设有环带状分布的通光小孔，所述通光小孔的位置分布满足方程其中，f为光子筛的焦距，n为通光环带的环带序列，λ为光子筛的工作波长，R为光子筛的半径，η为小孔分布的操控系数，xm和ym是光子筛第m个小孔的中心位置，m＝1,2,3,…,num，其中通光环带半径约为小孔半径本实施例中，所述η＝15λ。本实施例中，所述透明平面基底1为透明玻璃基底。本实施例中，所述不透光金属薄膜2为铬膜。参见图2所示，为传统光子筛和大视场衍射光子筛的结构对比示意图，传统光子筛(η＝0)的结构是同心圆环，最外环轴上的小孔坐标系分别为：(25mm,0mm),(-25mm,0mm),(0mm,25mm)和(0mm,-25mm)。而本实施例中的大视场光子筛(η＝15λ)不再是同心圆环，而是关于y＝x对称的结构形式，最外环轴上的小孔坐标系分别为：(25.19mm,0mm),(-24.81mm,0mm)，(0mm,25.19mm)和(0mm,-24.81mm)。本实施例设计了一个焦距500mm，直径50mm，工作波长632.8nm，小孔操控系数η＝15λ，全部环带数量为987，最小的针孔尺寸3.1641μm的大视场光子筛。参见图3所示，为不同视场(-6度～6度)传统光子筛(η＝0)和大视场光子筛(η＝15λ)的PSF情况对比图。图3(a)中传统光子筛在0.5度视场范围内具有较强的聚焦能力，但随着视场角的增大，聚焦能力大大减弱，不能清晰成像。而图3(b)大视场光子筛的PSF在视场4度范围内保持了很好的一致性。当视场>4度时，PSF一致性略微发生了偏离。图4分别展示了传统光子筛和大视场光子筛在不同视场下的MTF曲线(PSF的傅里叶变换)，其中虚线代表传统光子筛的MTF曲线，实线代表大视场光子筛的MTF曲线。随着视场角度偏离于轴上视场(0度)，传统光子筛的MTF曲线迅速下降，并出现零点，造成空间频率丧失。相反，大视场光子筛在视场角4度范围内保持很好的一致性，当视场>4度时略微降低。由于MTF在不同视场具有很好的一致性，并且从高频到低频没有出现零点，所以，可以通过设计适当的滤波器将中间模糊图像复原。因此，我们提出的大视场光子筛能够很大程度上减小光子筛对视场(离轴像差)的敏感性，达到拓展视场的目的。参见图5所示，为本实施例的成像测试装置图，波长为632.8nm的入射激光束通过显微物镜聚焦到小孔进行滤波，经过小孔滤波后的激光束通过散射转盘消除块，然后使用一个焦距550mm，口径55mm的平行光管和像元大小为4.54μm(AVTProsilicaGX2750C)的CCD进行成像测试。图6给出了传统光子筛在波长632.8nm的实验测试结果。其中图6(a)为PSF特性，图6(b)为分辨率耙测试结果。可见，传统光子筛在视场角0.5度范围内可以清晰成像，具有接近衍射极限的PSF弥散斑和成像质量，仔细检查后，光子筛的分辨率极限约为50lp/mm。当视场角度>0.5时，具有大的离轴像差，所以成像质量明显下降，所以传统光子筛的视场范围约为-0.5度～0.5度。图7给出了大视场光子筛在视场角度-6度～6度下成像测试结果。实验结果图7(a)表明，实验室测得的PSF同仿真图3(b)具有相同的“L”形特征，在视场-4度～4度范围内保持了很好的一致性，对视场角度不敏感。图7(b)给出了大视场光子筛的中间模糊图像。图7(c)为最终复原图像。中间模糊图像通过适当的滤波函数复原成清晰图像，在视场角-4度～4度范围内达到和传统光子筛在轴上成像(0度视场)基本相同的分辨率，约为50lp/mm。本实施例中的大视场光子筛在相同数值孔径下的视场角度约为传统光子筛的8倍。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大视场衍射光子筛，直径为D，包括透明平面基底和镀在该透明平面基底上的不透光金属薄膜，其特征在于：所述不透光金属薄膜上设有环带状分布的通光小孔，所述通光小孔的位置分布满足方程其中，f为光子筛的焦距，n为通光环带的环带序列，λ为光子筛的工作波长，R为光子筛的半径，η为小孔分布的操控系数，xm和ym是光子筛第m个小孔的中心位置，m＝1,2,3,…,num，其中通光环带半径约为小孔半径

【技术特征摘要】
1.一种大视场衍射光子筛，直径为D，包括透明平面基底和镀在该透明平面基底上的不透光金属薄膜，其特征在于：所述不透光金属薄膜上设有环带状分布的通光小孔，所述通光小孔的位置分布满足方程其中，f为光子筛的焦距，n为通光环带的环带序列，λ为光子筛的工作波长，R为光子筛的半径，η为小孔分布的操控系数，xm和ym是光子筛第...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵效楠，朱爱娇，王钦华，许峰，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32