一种用于制作超透镜的干涉光刻系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于制作超透镜的干涉光刻系统，包括光源、空间过滤单元、4F光学系统和光波调制单元，空间过滤单元设置于4F光学系统之前，所述4F光学系统包括沿光路依次设置的第一透镜和第二透镜，所述光波调制单元设置于所述第一透镜和第二透镜之间，该光波调制单元通过对子波面调制，在系统的后焦面上形成环形或圆形的干涉图案。本系统可利用几次干涉曝光制备出“圆+多环”的聚焦超表面结构，效率高、造价低、易完成大幅面的结构制备。

An interferometric lithography system for making superlenses

【技术实现步骤摘要】
一种用于制作超透镜的干涉光刻系统
本技术涉及微纳光学领域，特别是涉及一种用于制作超透镜的干涉光刻系统。
技术介绍
不同于传统透镜，超透镜最大优点就是：轻薄和小型化。其功能远远超越传统透镜，并有望彻底颠覆传统光学装置中笨重繁琐的透镜组，使得手机摄像头、眼镜、虚拟现实和增强现实硬件都变得非常轻薄。由于超透镜可以突破传统的光学衍射极限，对亚波长量级的目标物成像或放大，随着超透镜技术的进一步发展，已可对亚波长的目标物进行放大，其应用领域拓展到纳米加工、生物检测等领域。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的邓永波等人用电子束光刻的方法制作了一种同心环型拓扑超透镜，超透镜的数值孔径可根据需求自由指定，超透镜体积小，易于集成和阵列化，从而促进了新一代光学显微技术与光学成像技术的实现与应用。中国科学院光电技术研究所的罗先刚等人通过常规的光刻、离子束刻蚀或湿法腐蚀、阴影蒸镀，制备得到用于实现超分辨成像的尖劈型超透镜，把将要观测的细微物体置于倾斜切面超透镜的物面，图像信息可以通过多层膜投影到该超透镜的斜切面即相面形成放大的像，从而实现一维放大和超衍射观测，他们也提出了用两次离子束刻蚀技术制备成像面为平面的超透镜，所制备的成像面为平面的超透镜可以用于纳米光刻成像、传感、等离子体操纵等方面。目前大多采用电子束光刻和离子束光刻制备超透镜，电子束光刻技术虽然光刻精度很高，但是由于串行写入，效率比较低，设备成本高，直写式的技术曝光速度很慢，一般用于制作小幅面的纳米结构；离子束光刻分辨率高，但是曝光深度有限。干涉光刻技术不需要昂贵的光刻成像透镜，可以得到高分辨、无限焦深、大面积光刻，能够快速的在大面积内制备密集的特征结构而不失焦。适合光电探测器或场发射器电极阵列中的较大范围内周期性的超亚微米级点阵结构图形的产生，在实验条件下应用很广泛。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种用于制作超透镜的干涉光刻系统，该系统可利用几次干涉曝光制备出“圆+多环”的聚焦超表面结构，且效率高、造价低、易完成大幅面的结构制备。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：本申请实施例公开一种用于制作超透镜的干涉光刻系统，包括光源、空间过滤单元、4F光学系统和光波调制单元，空间过滤单元设置于4F光学系统之前，所述4F光学系统包括沿光路依次设置的第一透镜和第二透镜，所述光波调制单元设置于所述第一透镜和第二透镜之间，该光波调制单元通过对子波面调制，在系统的后焦面上形成环形或圆形的干涉图案。在该技术方案中，第一透镜和第二透镜可以为单独一个透镜，也可以为多个透镜构成的组合。优选的，在上述用于制作超透镜的干涉光刻系统中，所述的光波调制单元包括消0级光掩膜和位相光栅，位相光栅设置于第一透镜和消0级光掩膜之间，所述消0级光掩膜能供正负一级衍射光穿透。优选的，在上述用于制作超透镜的干涉光刻系统中，所述位相光栅通过位移变化、和/或旋转实现对子波面光场调制，在系统的后焦面产生参数可调的光场分布，该光场分布为圆形或环形的干涉图案。优选的，在上述用于制作超透镜的干涉光刻系统中，所述空间过滤单元透光部分的中心位置与4F光学系统和位相光栅的关系为：r＝λf1F0其中，r为空间过滤单元透光部分的中心位置距系统光轴的距离，f1为第一透镜的焦距，F0为位相光栅空频。优选的，在上述用于制作超透镜的干涉光刻系统中，其中，F为干涉图案的空频，d为位相光栅与消0级光掩膜距离，F0为位相光栅空频，f2为第二透镜的焦距。优选的，在上述用于制作超透镜的干涉光刻系统中，所述光源包括激光，进一步地，光源由激光器或其他相干光源提供，其产生的入射光为平行光。优选的，在上述用于制作超透镜的干涉光刻系统中，所述第一透镜和第二透镜为傅里叶变换透镜。优选的，在上述用于制作超透镜的干涉光刻系统中，所述空间过滤单元为光阑、灰度掩模或可编程空间过滤单元。与现有技术相比，本技术的优点在于：(1)、可以利用其中位相光栅的取向和位置的变化，方便的调制像面处干涉形成的光栅的取向和空频。(2)、在光路中加入一定形状透光区的空间过滤单元后，利用透光部分的干涉，可以更加高效的制作所需面形的光栅，且像面上形成的光栅幅面大小可由空间过滤单元透光区的幅面大小控制。(3)、针对目前利用电子束光刻等手段制备聚焦超表面结构存在的效率低、造价高，幅面小的缺点，本技术提出的用于制作超透镜的干涉光刻系统可利用几次干涉曝光制备出“圆+多环”的聚焦超表面结构，效率高、造价低、易完成大幅面的结构制备。(4)、对于不同需求参数的聚焦超表面，可以设计不同的光阑结构，且光阑易保存的优点可以作为模具对超表面结构进行快速批量制备，具有很大的使用价值。附图说明为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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所示为本技术具体实施例1中在系统的后焦面上形成的“圆+一环”目标结构示意图；图2所示为本技术具体实施例中用于形成圆形图像的干涉光刻系统的示意图；图3所示为本技术具体实施例中用于形成环形图像的干涉光刻系统的示意图；图4所示为本技术具体实施例1中能形成的“圆+一环”目标结构中的圆形光阑示意图；图5所示为本技术具体实施例1中能形成的“圆+一环”目标结构中的环形光阑示意图；图6所示为本技术具体实施例2中能形成的“圆+两环”目标结构中的内圈圆形光阑示意图；图7所示为本技术具体实施例2中能形成的“圆+两环”目标结构中的中圈环形光阑示意图；图8所示为本技术具体实施例2中能形成的“圆+两环”目标结构中的外圈环形光阑示意图；图9所示为本技术具体实施例2中在系统的后焦面上形成的“圆+两环”目标结构示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。实施例一：在后焦面上形成“圆+一环”目标结构的干涉光刻系统。为了得到如图1所示的“圆+一环”的目标结构光栅，首先将目标结构分解为圆形光栅和环形光栅来制备。本实施例中所示的用于制备圆形目标结构光栅的干涉光刻系统如图2所示，在4F光学系统(焦距f1、f1、f2、f2)中，包括第一透镜(组)1，第二透镜(组)2和光波调制单元，所述光波调制单元包括消0级光掩膜32和位相光栅31，位相光栅31设置于第一透镜(组)1和消0级光掩膜32之间，位相光栅31可以通过位移变化、和/或旋转来实现对各子波面的光场调制，在系统的后焦面产生参数可调的光场分布，其中虚线表示4F光路系统的光轴4。该技术方案中，位相光栅的位移变化主要是通过沿光轴方向移动，也就是改变位相光栅与傅里叶面距离d的大小。设圆形目标结构光栅的空频为F，位相光栅31与消0级掩膜32的距离为d，位相光栅31空频为F0，两透镜的焦距分别为f1、f2，则它们之间的关系是：在本实施例中，所示的干涉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制作超透镜的干涉光刻系统，其特征在于，包括光源、空间过滤单元、4F光学系统和光波调制单元，空间过滤单元设置于4F光学系统之前，所述4F光学系统包括沿光路依次设置的第一透镜和第二透镜，所述光波调制单元设置于所述第一透镜和第二透镜之间，该光波调制单元通过对子波面调制，在系统的后焦面上形成环形或圆形的干涉图案。

【技术特征摘要】
1.一种用于制作超透镜的干涉光刻系统，其特征在于，包括光源、空间过滤单元、4F光学系统和光波调制单元，空间过滤单元设置于4F光学系统之前，所述4F光学系统包括沿光路依次设置的第一透镜和第二透镜，所述光波调制单元设置于所述第一透镜和第二透镜之间，该光波调制单元通过对子波面调制，在系统的后焦面上形成环形或圆形的干涉图案。2.根据权利要求1所述的用于制作超透镜的干涉光刻系统，其特征在于，光波调制单元包括消0级光掩膜和位相光栅，位相光栅设置于第一透镜和消0级光掩膜之间。3.根据权利要求2所述的用于制作超透镜的干涉光刻系统，其特征在于，所述位相光栅通过位移变化、和/或旋转实现对子波面光场调制。4.根据权利要求2所述的用于制作超透镜的干涉光刻系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶红，胡贵林，叶燕，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32