本發(fā)明涉及到光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及到一種利用超材料透鏡的雙光束超分辨聚焦方法，利用人工微結(jié)構(gòu)超材料對(duì)入射光的相位調(diào)制特性制作的同軸環(huán)形分區(qū)超透鏡和環(huán)形分區(qū)濾光片組成的超分辨聚焦方法。

背景技術(shù)：

激光束通過高數(shù)值孔徑的物鏡聚焦可以獲得衍射受限的最小光斑尺寸大約是波長(zhǎng)的一半。物鏡聚焦激光束產(chǎn)生的光斑用于激發(fā)熒光成像，光學(xué)數(shù)據(jù)記錄，光刻技術(shù)以及激光加工處理等的分辨率也受到了限制。stefanhell的雙光束超分辨率熒光成像技術(shù)，即受激發(fā)射耗散顯微鏡，利用了兩束激光同時(shí)通過一個(gè)高數(shù)值孔徑物鏡聚焦的雙光束超分辨率技術(shù)獲得了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越光學(xué)衍射極限的熒光圖像分辨率。雙光束超分辨率技術(shù)中，一束激發(fā)樣品熒光的激光聚焦后獲得一個(gè)尺寸在衍射極限附近的圓形光斑，即光斑強(qiáng)度分布的半高全寬度大約在波長(zhǎng)的一半左右。另一束波長(zhǎng)不同的激光則在合束前通過螺旋位相調(diào)制，成為一束拓?fù)浜蔀?，光子具有角動(dòng)量的渦旋位相光束。該光束經(jīng)物鏡聚焦后產(chǎn)生一個(gè)與圓形光斑同軸的環(huán)形光斑。該波長(zhǎng)的環(huán)形光斑可以使圓形光斑激發(fā)熒光的區(qū)域遠(yuǎn)小于光學(xué)衍射極限。從而使超越衍射極限的超分辨率熒光成像成為可能。

雙光束技術(shù)也可以應(yīng)用到超高密度光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中，現(xiàn)有的商品化光盤刻錄和讀出技術(shù)并未采用雙光束技術(shù)，其存儲(chǔ)密度以及光盤壽命已經(jīng)不能滿足大數(shù)據(jù)信息時(shí)代對(duì)信息存儲(chǔ)的要求。因此采用雙光束技術(shù)提高信息在光盤上的刻錄和讀出密度已經(jīng)是勢(shì)在必行。

雖然，高質(zhì)量的高數(shù)值孔徑物鏡的像差校正得已比較好，但是物鏡是由多個(gè)透鏡組合而成，而且一般設(shè)計(jì)過程是對(duì)一個(gè)比較寬的波段進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此像差以及色差不可能完全被校正。另一方面物鏡的質(zhì)量體積也都比較大，很難在機(jī)械和電子伺服系統(tǒng)控制下進(jìn)行高密度多點(diǎn)掃描信息刻錄或讀出，特別是限制了超高密度光盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)讀寫頭或超分辨率光刻系統(tǒng)刻錄頭的小型化。

現(xiàn)有的光盤讀寫系統(tǒng)利用自由曲面光學(xué)表面設(shè)計(jì)方法以及高精度自由曲面光學(xué)表面加工技術(shù)制作的單個(gè)小型玻璃微透鏡實(shí)現(xiàn)激光的聚焦，從而實(shí)現(xiàn)光盤信息的寫入和讀出。激光波前的改變是通過透鏡材料折射率和厚度的變化實(shí)現(xiàn)的，聚焦光斑尺寸仍然受剩余像差影響，分辨率也不會(huì)小于衍射極限。只有減小波長(zhǎng)，才能減小光斑尺寸。紫外光刻技術(shù)使用了波長(zhǎng)較短的紫外光從而提高了光刻分辨率。

現(xiàn)有的單光束通過物鏡聚焦的光斑尺寸衍射受限，采用雙光束超分辨率聚焦技術(shù)，而雙光束超分辨率聚焦技術(shù)需要一個(gè)獨(dú)立和分離的渦旋位相板對(duì)其中一個(gè)激光束進(jìn)行渦旋位相調(diào)制，從而產(chǎn)生與另一個(gè)波長(zhǎng)的激光聚焦產(chǎn)生的實(shí)心圓形光斑同軸的環(huán)形光斑，以限制實(shí)心圓形光斑在光刻記錄中刻錄尺寸，熒光成像中的熒光激發(fā)范圍，光盤信息寫入和讀出中信息點(diǎn)大小。但是這樣的雙光束超分辨聚焦系統(tǒng)需要對(duì)兩個(gè)波長(zhǎng)的像差和色差進(jìn)行很好校正的高質(zhì)量物鏡。整個(gè)聚焦系統(tǒng)不僅需要一個(gè)單獨(dú)和分離的渦旋位相板，而由多片透鏡組成的復(fù)合物鏡體積較大，難以在超高密度超分辨率光盤信息的寫入和讀出中，由機(jī)械和電子伺服系統(tǒng)控制下進(jìn)行光盤信息點(diǎn)的高速掃描。單個(gè)的自由曲面透鏡雖然體積可以做得比較小，但很難實(shí)現(xiàn)像差和色差的精確校正，也無法實(shí)現(xiàn)與渦旋位相板集成在一起。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述雙光束超分辨率聚焦系統(tǒng)由體積和尺寸較大的物鏡和獨(dú)立分離的渦旋位相板組成的缺陷，對(duì)雙波長(zhǎng)激光聚焦無法精確校正像差和色差的困難以及無法小型化以適應(yīng)和滿足高速精確掃描的需求，本發(fā)明提出了利用人工微結(jié)構(gòu)納米天線對(duì)入射光的精確相位調(diào)制特性，制作環(huán)形分區(qū)的納米天線陣列構(gòu)成的體積和尺寸非常小的超透鏡配合相應(yīng)的環(huán)形分區(qū)的圓形濾光片實(shí)現(xiàn)雙光束超分辨聚焦。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是根據(jù)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種利用超材料透鏡的雙光束超分辨聚焦方法，包括以下步驟：

步驟s1：根據(jù)雙光束的兩個(gè)不同波長(zhǎng)選擇合適的納米天線陣列的材料、形狀，根據(jù)光束橫截面某一點(diǎn)對(duì)入射光相位調(diào)制的大小確定對(duì)應(yīng)該點(diǎn)的單元納米天線尺寸參數(shù)以及納米天線的取向；

步驟s2：選擇圓形的超材料透鏡，并分成同心的三部分：位于中心的部分為圓盤，半徑為r1；位于圓盤外面的部分為內(nèi)圓環(huán)，內(nèi)半徑為r1，外半徑為r2；位于最外面的部分為外圓環(huán)，內(nèi)半徑為r2，外半徑為r3；圓盤部分制作納米天線陣列的相位調(diào)制由兩部分疊加組成，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于一個(gè)波長(zhǎng)的光束聚焦于焦點(diǎn)處所需要的球面波相位調(diào)制和拓?fù)浜蔀?的渦旋光束相位調(diào)制；內(nèi)圓環(huán)部分制作對(duì)應(yīng)于另一波長(zhǎng)納米天線陣列的相位調(diào)制以產(chǎn)生聚焦于焦點(diǎn)處所需要的球面波，所述圓盤部分產(chǎn)生環(huán)形光斑；所述內(nèi)圓環(huán)部分產(chǎn)生實(shí)心橢球形光斑，并與環(huán)形光斑同軸，所述透鏡的外圓環(huán)為透明的基底材料；

步驟s3：制作圓形濾光片，所述濾光片由同心的圓盤和圓環(huán)兩部分組成，所述濾光片的圓盤半徑為r1；而濾光片的圓環(huán)分成內(nèi)圓環(huán)部分和外圓環(huán)部分，所述濾光片的內(nèi)圓環(huán)的內(nèi)半徑和外半徑分別為r1和r2，所述濾光片的外圓環(huán)的內(nèi)半徑和外半徑分別為r2和r3，所述濾光片的外圓環(huán)為透明的基底材料，所述濾光片與所述圓形超材料透鏡精確對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)同軸并相互平行。

上述技術(shù)方案中，所述濾光片的圓盤為帶通濾光片，短波截止波長(zhǎng)為λ1，長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)為λ2，在進(jìn)行光存儲(chǔ)信息寫入或刻錄時(shí)，其抑制光波長(zhǎng)為λ3，在進(jìn)行光盤信息光致熒光讀出時(shí)，其抑制熒光波長(zhǎng)為λ4，其中，λ1＜λ3＜λ2和λ1＜λ4＜λ2；

所述濾光片的內(nèi)圓環(huán)同樣為帶通濾光片，短波截止波長(zhǎng)為λ5，長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)為λ6，在進(jìn)行光存儲(chǔ)時(shí)，其寫入激光波長(zhǎng)為λ7，在進(jìn)行雙光束光盤光致熒光讀出時(shí)或雙光束超分辨熒光成像時(shí)，熒光材料激發(fā)波長(zhǎng)為λ8。其中，λ5＜λ7＜λ6和λ5＜λ8＜λ6；

超材料透鏡圓盤聚焦產(chǎn)生波長(zhǎng)為λ3或λ4的環(huán)形光斑，相應(yīng)地由超材料透鏡內(nèi)圓環(huán)聚焦產(chǎn)生波長(zhǎng)為λ7或λ8的橢球形實(shí)心光斑，實(shí)現(xiàn)環(huán)形光斑外套在橢球形實(shí)心光斑周圍，并實(shí)現(xiàn)同軸對(duì)準(zhǔn)，其中λ3與λ7對(duì)應(yīng)，λ4與λ8對(duì)應(yīng)。

上述技術(shù)方案中，λ3與λ7以及λ4與λ8在合束前分別由相應(yīng)波長(zhǎng)的線偏振片和四分之一玻片轉(zhuǎn)換成圓偏振光，并使合束后同軸垂直入射已經(jīng)對(duì)準(zhǔn)的濾光片和超透鏡。

上述技術(shù)方案中，λ3與λ7以及λ4與λ8在合束前分別進(jìn)行準(zhǔn)直，并通過孔徑半徑為r2的小孔進(jìn)行限束，其中，小孔的中心與所述超材料透鏡以及所述濾光片的中心同軸對(duì)準(zhǔn)。

上述技術(shù)方案中，所述環(huán)形光斑抑制熒光材料發(fā)出熒光，提高熒光圖像分辨率。

上述技術(shù)方案中，在雙光束超分辨熒光成像中根據(jù)熒光材料的激發(fā)波長(zhǎng)和熒光抑制波長(zhǎng)制作特定的窄帶環(huán)形雙波長(zhǎng)濾光片和窄帶環(huán)形雙波長(zhǎng)超透鏡，提高成像系統(tǒng)的分辨率和成像質(zhì)量。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

本發(fā)明將環(huán)形分區(qū)的超材料透鏡和環(huán)形分區(qū)的濾光片結(jié)合，實(shí)現(xiàn)雙光束超分辨聚焦。該方法可以運(yùn)用于雙光束超分辨率光刻，雙光束超分辨率超高密度光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及雙光束超分辨率熒光成像。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。

圖1為本發(fā)明的環(huán)形分區(qū)濾光片的示意圖；

圖2為本發(fā)明的環(huán)形分區(qū)超材料透鏡的示意圖；

圖3為本發(fā)明的納米天線示意圖；

圖4為本發(fā)明的由超透鏡和濾光片組成的集成超分辨聚焦系統(tǒng)示意圖；

圖5為本發(fā)明的環(huán)形光斑和同軸實(shí)心光斑的俯視圖；

其中，附圖標(biāo)記100-濾光片，101-濾光片的內(nèi)圓環(huán)，102-濾光片的外圓環(huán)，103-濾光片的圓盤，200-超材料透鏡，201-超材料透鏡的內(nèi)圓環(huán)，202-超材料透鏡的外圓環(huán)，203-超材料透鏡的圓盤，300-納米天線，400-集成超分辨聚焦系統(tǒng)，401-系統(tǒng)外圓環(huán)部分，402-系統(tǒng)內(nèi)圓環(huán)部分，403-系統(tǒng)圓盤部分；500--焦點(diǎn)位置，501-環(huán)形光斑部分，502-實(shí)心光斑部分。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。

本發(fā)明的一種利用超材料透鏡的雙光束超分辨聚焦方法，包括以下步驟：

步驟s1：根據(jù)雙光束的兩個(gè)不同波長(zhǎng)選擇合適的納米天線陣列的材料、形狀，根據(jù)光束橫截面某一點(diǎn)對(duì)入射光相位調(diào)制的大小確定對(duì)應(yīng)該點(diǎn)的單元納米天線尺寸參數(shù)以及納米天線的取向；

步驟s2：選擇圓形的超材料透鏡，并分成同心的三部分：位于中心的部分為圓盤，半徑為r1；位于圓盤外面的部分為內(nèi)圓環(huán)，內(nèi)半徑為r1，外半徑為r2；位于最外面的部分為外圓環(huán)，內(nèi)半徑為r2，外半徑為r3；圓盤部分制作納米天線陣列的相位調(diào)制由兩部分疊加組成，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于一個(gè)波長(zhǎng)的光束聚焦于焦點(diǎn)處所需要的球面波相位調(diào)制和拓?fù)浜蔀?的渦旋光束相位調(diào)制；內(nèi)圓環(huán)部分制作對(duì)應(yīng)于另一波長(zhǎng)納米天線陣列的相位調(diào)制以產(chǎn)生聚焦于焦點(diǎn)處所需要的球面波，所述圓盤部分產(chǎn)生環(huán)形光斑；所述內(nèi)圓環(huán)部分產(chǎn)生實(shí)心橢球形光斑，并與環(huán)形光斑同軸，所述透鏡的外圓環(huán)為透明的基底材料；

步驟s3：制作圓形濾光片，所述濾光片由同心的圓盤和圓環(huán)兩部分組成，所述濾光片的圓盤半徑為r1；而濾光片的圓環(huán)分成內(nèi)圓環(huán)部分和外圓環(huán)部分，所述濾光片的內(nèi)圓環(huán)的內(nèi)半徑和外半徑分別為r1和r2，所述濾光片的外圓環(huán)的內(nèi)半徑和外半徑分別為r2和r3，所述濾光片的外圓環(huán)為透明的基底材料，所述濾光片與所述圓形超材料透鏡精確對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)同軸并相互平行。

濾光片的圓盤為帶通濾光片，短波截止波長(zhǎng)為λ1，長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)為λ2，在進(jìn)行光存儲(chǔ)信息寫入或刻錄時(shí)，其抑制光波長(zhǎng)為λ3，在進(jìn)行光盤信息光致熒光讀出時(shí)，其抑制熒光波長(zhǎng)為λ4，其中，λ1＜λ3＜λ2和λ1＜λ4＜λ2；

濾光片的內(nèi)圓環(huán)同樣為帶通濾光片，短波截止波長(zhǎng)為λ5，長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)為λ6，在進(jìn)行光存儲(chǔ)時(shí)，其寫入激光波長(zhǎng)為λ7，在進(jìn)行雙光束光盤光致熒光讀出時(shí)或雙光束超分辨熒光成像時(shí)，熒光材料激發(fā)波長(zhǎng)為λ8。其中，λ5＜λ7＜λ6和λ5＜λ8＜λ6；

超材料透鏡圓盤聚焦產(chǎn)生波長(zhǎng)為λx或λ4的環(huán)形光斑，相應(yīng)地由超材料透鏡內(nèi)圓環(huán)聚焦產(chǎn)生波長(zhǎng)為λ7或λ8的橢球形實(shí)心光斑，實(shí)現(xiàn)環(huán)形光斑外套在橢球形實(shí)心光斑周圍，并實(shí)現(xiàn)同軸對(duì)準(zhǔn)，其中λ3與λ7對(duì)應(yīng)，λ4與λ8對(duì)應(yīng)。

λ3與λ7以及λ4與λ8在合束前分別由相應(yīng)波長(zhǎng)的線偏振片和四分之一玻片轉(zhuǎn)換成圓偏振光，并使合束后同軸垂直入射已經(jīng)對(duì)準(zhǔn)的濾光片和超透鏡。

λ3與λ7以及λ4與λ8在合束前分別進(jìn)行準(zhǔn)直，并通過孔徑半徑為r2的小孔進(jìn)行限束，其中，小孔的中心與所述超材料透鏡以及所述濾光片的中心同軸對(duì)準(zhǔn)。

環(huán)形光斑在不同應(yīng)用中發(fā)揮不同的作用，但本質(zhì)上都是為了實(shí)現(xiàn)超分辨率。在光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中用于抑制記錄材料的光致聚合反應(yīng)或其他物理化學(xué)變化，使得信息點(diǎn)的尺寸小于衍射極限，提高信息刻錄密度。在超高分辨率熒光成像中用于抑制熒光材料發(fā)出熒光，從而使熒光圖像分辨率得以提高。

在雙光束超分辨熒光成像中根據(jù)熒光材料的激發(fā)波長(zhǎng)和熒光抑制波長(zhǎng)制作特定的窄帶環(huán)形雙波長(zhǎng)濾光片和窄帶環(huán)形雙波長(zhǎng)超透鏡，提高成像系統(tǒng)的分辨率和成像質(zhì)量。

與現(xiàn)有雙光束通過物鏡的超分辨聚焦系統(tǒng)比較，聚焦物鏡由平面超材料透鏡替代，其尺寸，重量大大縮小，有利于光斑讀寫頭小型化以及掃描伺服的結(jié)構(gòu)精度。而且渦旋位相板直接與超透鏡合二為一。

對(duì)于單一激光波長(zhǎng)，超材料透鏡可以針對(duì)特定波長(zhǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)加工，位相調(diào)制方法可以精確地控制球面波波前。從而確保幾乎沒有球差和色差。在進(jìn)行光盤信息寫入和讀出時(shí)，如果使用同一光盤讀寫頭，則要求λ3和λ4相差不能太大。同樣要求λ7和λ8相差不能太大。相差太大時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致較大的球差和色差，從而使分辨率下降。這些波長(zhǎng)的數(shù)值主要決定于光致聚合反應(yīng)或物理化學(xué)變化的材料選擇以及熒光材料的選擇。如果相差太大，必要時(shí)光盤信息寫入和讀出分別使用不同的超材料透鏡和相應(yīng)的濾光片。

在進(jìn)行光存儲(chǔ)信息寫入或刻錄時(shí)，其抑制光波長(zhǎng)為λ3，在進(jìn)行光盤信息光致熒光讀出時(shí)，其抑制熒光波長(zhǎng)為λ4。如果上述四個(gè)波長(zhǎng)不滿足：λ1＜λ3＜λ2和λ1＜λ4＜λ2。而是滿足λ1＜λ3＜λ2，λ1＜λ2＜λ4，則需要將光盤的讀寫頭分開制作。

本發(fā)明的聚焦方法也可以用于雙光束超分辨光刻系統(tǒng)中。

具體的，圖1為本發(fā)明的環(huán)形分區(qū)的濾光片100的示意圖；如圖1所示，半徑為r1的濾光片的圓盤103帶寬范圍δλ＝λ2-λ1，內(nèi)半徑為r1，外半徑為r2濾光片的內(nèi)圓環(huán)102帶寬范圍δλ＝λ6-λ5，內(nèi)半徑為r2，外半徑為r3的濾光片的外圓環(huán)101為透明基底材料。

圖2為本發(fā)明的環(huán)形分區(qū)的超材料透鏡200的示意圖；半徑為r1的超材料透鏡的圓盤203對(duì)入射圓偏振光既有渦旋位相調(diào)制功能，又有球面波調(diào)制功能，通過該部分的激光是抑制波長(zhǎng)，在焦平面附近產(chǎn)生環(huán)形光斑。內(nèi)半徑為r1，外半徑為r2的超材料透鏡的內(nèi)圓環(huán)202對(duì)入射光聚焦在焦平面附近產(chǎn)生橢球形實(shí)心光斑。內(nèi)半徑為r2，外半徑為r3的超材料透鏡的外圓環(huán)203為透明基底材料。

圖3為本發(fā)明的納米天線300示意圖，納米天線tio2長(zhǎng)方體的結(jié)構(gòu)參數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度，單元間隔以及基底材料sio2。

圖4為本發(fā)明的由超透鏡和濾光片組成的集成超分辨聚焦系統(tǒng)400示意圖；超材料透鏡圓盤聚焦產(chǎn)生環(huán)形光斑，相應(yīng)地由超材料透鏡內(nèi)圓環(huán)聚焦產(chǎn)生橢球形實(shí)心光斑，該系統(tǒng)圓盤部分403用于產(chǎn)生橢圓形實(shí)心光斑；該系統(tǒng)內(nèi)圓環(huán)部分402用于產(chǎn)生環(huán)形抑制光斑；該系統(tǒng)外圓環(huán)部分401可以收集焦點(diǎn)位置500激發(fā)出來的熒光進(jìn)行超高密度光盤信息讀出或進(jìn)行熒光超分辨成像。

其中位于中心的圓盤型超透鏡既有渦旋位相調(diào)制功能，又有球面波位相調(diào)制功能。超透鏡圓環(huán)部分分成內(nèi)圓環(huán)部分和外圓環(huán)部分。內(nèi)圓環(huán)部分僅對(duì)另一波長(zhǎng)起球面聚焦功能。外圓環(huán)部分只是透明的基底材料。便于對(duì)熒光發(fā)射波長(zhǎng)進(jìn)行收集和探測(cè)。而同樣環(huán)形分區(qū)的濾光片，環(huán)形分區(qū)的半徑與分區(qū)數(shù)量和環(huán)形分區(qū)的超透鏡一樣，并精確同軸對(duì)準(zhǔn)。濾光片的外圓環(huán)部分同樣為透明的基底材料，便于對(duì)熒光發(fā)射波長(zhǎng)的收集和探測(cè)。整個(gè)雙光束超分辨聚焦系統(tǒng)需要對(duì)入射激光單獨(dú)進(jìn)行擴(kuò)束，準(zhǔn)直和限束，使得光束半徑與超透鏡的內(nèi)園環(huán)外半徑和濾光片的內(nèi)圓環(huán)外半徑相等。并將每一束入射聚焦激光轉(zhuǎn)換成圓偏振激光束。

圖5為本發(fā)明的環(huán)形光斑和同軸實(shí)心光斑的俯視圖；在焦點(diǎn)位置500的環(huán)形光斑部分501和實(shí)心光斑部分502。

實(shí)施例一

本發(fā)明的一種利用超材料透鏡的雙光束超分辨聚焦方法具體實(shí)施步驟如下：

(1)首先制作圖1所示的環(huán)形分區(qū)濾光片。其中r1＝1mm，r2＝1.5mm，r3＝2mm。其中圓盤形濾光片103的帶寬范圍100nm，波段包含375nm。內(nèi)園環(huán)形濾光片102波段帶寬為150nm以上，波段包含633nm。

(2)確定超透鏡的焦距f＝1.5mm和透鏡半徑，如附圖2所示(200)，包括r1＝1mm，r2＝1.5mm，r3＝2mm。然后由公式確定產(chǎn)生波長(zhǎng)λ3＝375nm球面波的相位調(diào)制值，φ2＝atan2(y，x)確定每一點(diǎn)的方位角，即渦旋相位值。然后根據(jù)計(jì)算附圖2圓盤型超透鏡203每一個(gè)豎直長(zhǎng)方體納米天線的旋轉(zhuǎn)角度。然后根據(jù)計(jì)算附圖2內(nèi)圓環(huán)超透鏡202聚焦對(duì)應(yīng)的激光波長(zhǎng)為λ7＝633nm的球面波相位調(diào)制值。對(duì)應(yīng)內(nèi)圓環(huán)超透鏡202每一個(gè)tio2豎直長(zhǎng)方體納米天線的旋轉(zhuǎn)角度則為外圓環(huán)部分201為透明基底材料。

(3)利用matlab編程繪制如附圖2所示的超透鏡電子束光刻工藝bmp格式圖。圖3表示超透鏡的單元tio2長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。其中高度600nm，寬度88nm，長(zhǎng)度412nm，基底為sio2材料，正方形單元長(zhǎng)和寬均為330nm。單個(gè)tio2豎直長(zhǎng)方體轉(zhuǎn)動(dòng)的方位角為θ。通過該天線，導(dǎo)致入射光的相位突變?yōu)?θ。

(4)利用電子束光刻工藝在光刻膠zep520上制作該超透鏡。其中光刻膠厚度與tio2長(zhǎng)方體高度600nm一致。然后利用原子層沉積技術(shù)在處理過的光刻膠上沉積一層厚度60nm左右非晶tio2膜。光刻膠頂部的非晶tio2膜用反應(yīng)離子刻蝕法去除。最后剝離剩余電子束光刻膠。

(5)將制作好的濾光片和超透鏡利用機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)安裝在一起并進(jìn)行同軸調(diào)節(jié)，對(duì)準(zhǔn)和固定。兩束入射激光束波長(zhǎng)分別為375nm和633nm，分別單獨(dú)轉(zhuǎn)換成圓偏振光，并且利用光闌將光束直徑限制在2r2以內(nèi)，然后合束入射集成超分辨聚焦系統(tǒng)。

本發(fā)明的聚焦方法將拓?fù)浜蔀?的渦旋位相板的渦旋位相調(diào)制直接與物鏡的球面波位相相調(diào)制結(jié)合在一起由亞波長(zhǎng)間距納米天線陣列超材料透鏡統(tǒng)一完成。該雙光束超分辨聚焦系統(tǒng)集成度高，尺寸小，厚度很薄，重量非常輕，像差和色差可以優(yōu)于現(xiàn)有的高質(zhì)量物鏡或單個(gè)自由曲面透鏡。在特定波長(zhǎng)的雙光束超分辨光刻系統(tǒng)或雙光束超分辨熒光成像系統(tǒng)中像差和色差幾乎可以忽略。而在雙光束超分辨光盤讀寫系統(tǒng)中，如果在讀和寫時(shí)使用不同的雙光束超分辨聚焦系統(tǒng)，則同樣可以使像差和色差幾乎可以忽略。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。