專利名稱：提高超分辨相位板光斑性能的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻領(lǐng)域，光學(xué)成像領(lǐng)域和信息存儲(chǔ)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著微納技術(shù)的飛速發(fā)展，光存儲(chǔ)技術(shù)，光刻技術(shù)，光學(xué)成像技術(shù)，光學(xué)制造技術(shù)都面臨著突破衍射極限的問題。通過縮短激光波長到GaN激光器的405nm和增大光學(xué)頭的數(shù)值孔徑到0. 95，由衍射光斑大小公式D = 0.61 A /N. A.衍射光斑也只能達(dá)到0. 5 y m左右，在采用可見光波長和遠(yuǎn)場光學(xué)系統(tǒng)下，依靠傳統(tǒng)的縮短激光波長和增大光學(xué)頭的數(shù)值孔徑的方法已經(jīng)走向極限。如何打破光的衍射極限使光斑達(dá)到納米量級(jí)是當(dāng)前面臨的瓶頸問題。 利用相位型超分辨相位板來實(shí)現(xiàn)光學(xué)超分辨是一種常用的方法，它具有制作相對(duì)簡單，可實(shí)施性強(qiáng)和廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)是在壓縮中心主瓣的同時(shí)提高了旁瓣，從而降低了信噪比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種提高超分辨相位板光斑性能的裝置，以進(jìn)一步減小常用的相位型超分辨相位板的光斑，降低旁瓣大小，延長焦深。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種提高超分辨相位板光斑性能的裝置，特征在于其構(gòu)成沿光束前進(jìn)方向依次是三環(huán)純相位型超分辨相位板、數(shù)值孔徑NA=O. 95的物鏡、Sb2Te3非線性飽和吸收薄膜，所述的三環(huán)純相位型超分辨相位板的歸一化半徑為rl=0. 13，r2=0. 47，r3=l ;三區(qū)的位相分別為小:=0, ^2=n , (J)3=O ;所述的物鏡與所述的三環(huán)純相位型超分辨相位板緊貼,所述的Sb2Te3非線性飽和吸收薄膜位于所述的物鏡的焦平面，該Sb2Te3非線性飽和吸收薄膜的厚度的選擇范圍為l(Tl00nm，非線性飽和吸收薄膜的線性吸收系數(shù)和非線性吸收系數(shù)分別為a 0 = 5*107/m 和 3 = 2*lCT2m/w。所述的Sb2Te3非線性飽和吸收薄膜的最佳厚度為40nm。與先前的技術(shù)相比，實(shí)驗(yàn)表明本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)I、與傳統(tǒng)的僅有純相位超分辨相位板相比，本發(fā)明能將y軸方向中心光斑的半高全寬(FWHM)進(jìn)一步縮小為前者的67. 39% ；2、與傳統(tǒng)的僅有純相位超分辨相位板相比，本發(fā)明能將y軸方向的旁瓣與主瓣的比值由0. 3812縮小為0. 146。


圖I是本發(fā)明提高超分辨相位板光斑性能的裝置結(jié)構(gòu)示意2是圖I實(shí)施例所得到的橫向y軸方向超分辨曲線對(duì)比圖。圖3是圖I實(shí)施例所得到的軸向光強(qiáng)分布對(duì)比圖。
圖4是純相位型超分辨相位板實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖I為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。由圖I可見，本發(fā)明提高超分辨相位板光斑性能的裝置的構(gòu)成沿光束前進(jìn)方向依次是三環(huán)純相位型超分辨相位板I、數(shù)值孔徑NA=O. 95的物鏡2、Sb2Te3非線性飽和吸收薄膜3，所述的三環(huán)純相位型超分辨相位板I的歸一化半徑為rl=0. 13, r2=0. 47, r3=l ;三區(qū)的位相分別為^1=O, ^2=n , (J)3=O ；所述的物鏡2與所述的三環(huán)純相位型超分辨相位板I緊貼，所述的Sb2Te3非線性飽和吸收薄膜3位于所述的物鏡2的焦平面，該Sb2Te3非線性飽和吸收薄膜的厚度的選擇范圍為l(Tl00nm，非線性飽和吸收薄膜的線性吸收系數(shù)和非線性吸收系數(shù)分別為a ^ = 5*107/m和3 = _2*lCT2m/w。該超分辨相位板的結(jié)構(gòu)如圖4所示，它包括下列結(jié)構(gòu)4a為內(nèi)環(huán)，4b為中環(huán)，4c 為外環(huán)，三個(gè)環(huán)帶分別對(duì)應(yīng)不同的歸一化半徑為rl、r2、r3,位相為(J)1=O, i>2=n , (J)3=O0對(duì)于NA=O. 95的高數(shù)值孔徑物鏡，標(biāo)量理論分析已經(jīng)不再適合，這里采用矢量衍射理論計(jì)算了以經(jīng)過整形為均勻平面波，沿X方向線偏振的功率為2mw，波長為405nm的藍(lán)光半導(dǎo)體激光器，經(jīng)過三環(huán)結(jié)構(gòu)純相位超分辨相位板，相位分別為O、、0的純相位型超分辨相位板調(diào)制后，在物鏡焦面上的光場分布。所述的Sb2Te3非線性飽和吸收薄膜是通過磁控濺射儀制備的，利用計(jì)算機(jī)程序控制派射時(shí)間，對(duì)Sb2Te3商業(yè)合金祀材進(jìn)行派射,控制膜層厚度為40nm制備非線性飽和吸收薄膜。利用分光光度計(jì)對(duì)所述的非線性飽和吸收薄膜進(jìn)行篩選，測得的非線性飽和吸收薄膜的線性吸收系數(shù)為a ^ = 5*107/m，通過z-scan方法用光電探測器測量沿光軸方向的透過非線性飽和吸收薄膜的光強(qiáng)分布，經(jīng)過非線性擬合得到的非線性吸收系數(shù)為3=_2*10_2m/w。經(jīng)測試表明通過限制條件y軸方向超分辨評(píng)價(jià)參數(shù)G，定義為主瓣的半高全寬FffHM(Ful 1-ffidth at Half- Maximum)，G〈0. 8且斯特爾比S>0. 3，通過矢量衍射理論計(jì)算搜索得到三環(huán)結(jié)構(gòu)較優(yōu)的歸一化半徑分別為rl=0. 13，r2=0. 47，r3=l。此時(shí)的y軸方向超分辨評(píng)價(jià)參數(shù)G=O. 7984，即由原來未加超分辨相位板時(shí)中心光斑的FWHM由0. 204 u m縮小到
0.163 u m, S=O. 3614，旁瓣比M=O. 3812，以軸向降低為最大光強(qiáng)處90%的距離定義焦深D0F，發(fā)現(xiàn)比未加超分辨相位板時(shí)提高了 2. 6倍，即焦深由原來未加超分辨相位板時(shí)的0. 217 u m延長到0. 572 u m。在經(jīng)過40nm厚度的非線性飽和吸收薄膜后，y軸方向的中心光斑的FWHM進(jìn)一步縮小為未透過薄膜時(shí)的67. 39%，即變?yōu)?. 1095 um； y軸方向旁瓣比M由0. 3812縮小為0. 146。圖2是經(jīng)過矢量衍射理論計(jì)算得到的橫向場中沿I軸方向的光強(qiáng)分布。其中，點(diǎn)劃線代表沒有超分辨相位板時(shí)在物鏡焦面上的y軸方向的光場分布，點(diǎn)線代表經(jīng)過超分辨相位板調(diào)制后在物鏡焦面上的y軸方向的光場分布，實(shí)線代表透過非線性飽和吸收薄膜后的y軸向的光場分布。圖3是經(jīng)過矢量衍射理論計(jì)算得到的軸向場光強(qiáng)分布。其中，點(diǎn)劃線代表沒有超分辨相位板時(shí)在物鏡焦面附近軸向方向的光場分布，實(shí)線代表經(jīng)過超分辨相位板調(diào)制后在物鏡焦面附近軸向的光場分布。
權(quán)利要求
1.一種提高超分辨相位板光斑性能的裝置，特征在于其構(gòu)成沿光束前進(jìn)方向依次是三環(huán)純相位型超分辨相位板(I)、數(shù)值孔徑NA=O. 95的物鏡(2)、Sb2Te3非線性飽和吸收薄膜(3)，所述的三環(huán)純相位型超分辨相位板(I)的歸一化半徑為rl=0. 13，r2=0. 47，r3=l ;三區(qū)的位相分別為4^=0, 4)2= , (J)3=O ;所述的物鏡⑵與所述的三環(huán)純相位型超分辨相位板(I)緊貼，所述的Sb2Te3非線性飽和吸收薄膜(3)位于所述的物鏡(2)的焦平面，該Sb2Te3非線性飽和吸收薄膜的厚度的選擇范圍為l(Tl00nm，非線性飽和吸收薄膜的線性吸收系數(shù)和非線性吸收系數(shù)分別為aQ = 5*107/m和P =-2*l(T2m/w。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高超分辨相位板光斑性能的裝置，其特征在于所述的Sb2Te3非線性飽和吸收薄膜的最佳厚度為40nm。
全文摘要
一種提高超分辨相位板光斑性能的裝置，特征在于其構(gòu)成沿光束前進(jìn)方向依次是三環(huán)純相位型超分辨相位板、數(shù)值孔徑NA=0.95的物鏡、Sb2Te3非線性飽和吸收薄膜，所述的三環(huán)純相位型超分辨相位板的歸一化半徑為r1=0.13，r2=0.47，r3=1；三區(qū)的位相分別為φ1=0，φ2=π，φ3=0；所述的物鏡與所述的三環(huán)純相位型超分辨相位板緊貼，所述的Sb2Te3非線性飽和吸收薄膜位于所述的物鏡的焦平面，該Sb2Te3非線性飽和吸收薄膜的厚度的選擇范圍為10~100nm，非線性飽和吸收薄膜的線性吸收系數(shù)和非線性吸收系數(shù)分別為α0＝5*107/m和β＝-2*10-2m/w。本發(fā)明進(jìn)一步減小光斑、降低旁瓣、延長焦深。
文檔編號(hào)G02B27/48GK102681200SQ20121013815
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者干福熹, 查一昆, 魏勁松 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所