一種位相編碼的寬帶光子篩的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件，具體涉及一種光子篩，尤其是一種位相編碼的寬帶光 子篩。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，光子篩是由Kipp在2001年提出的一種衍射光學(xué)元件，和菲涅耳波 帶片相似，都是使奇數(shù)或偶數(shù)菲涅耳波帶透光，而使相鄰的波帶不透光。光子篩將透光的波 帶設(shè)計(jì)成透光的微孔，微孔位于波帶上，光波通過各微孔中心到達(dá)焦點(diǎn)的距離與通過光軸 到達(dá)焦點(diǎn)的距離之差為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，可以實(shí)現(xiàn)聚焦和成像，用于高分辨率顯微鏡，光譜成 像，X射線成像，UV光刻等。
[0003] 作為衍射光學(xué)元件，光子篩具有很大的色差。一般而言，對(duì)于一個(gè)焦距f的光子 篩，只對(duì)設(shè)計(jì)波長(zhǎng)λ清晰成像。因此，當(dāng)入射光波長(zhǎng)為λ + Δ λ時(shí)，將聚焦到f+Af位置， 在原始焦平面位置產(chǎn)生背景噪音。
[0004] 為解決上述問題，Gimenez 等在文獻(xiàn) "F. Gim6nez, J. A. Monsoriu, W. D. Furlan, and A. Pons, "Fractal photon sieve," Opt. Express 14(25), 11958 - 11963(2006) "中提出了一種分形光子篩去拓展焦深并且減小色差。但是，該光子篩是以降 低設(shè)計(jì)波長(zhǎng)在對(duì)焦位置的分辨率為代價(jià)的。Andersen等人在文獻(xiàn)"G. Andersen, andD. Tullson, "Broadband antihole photon sieve telescope,'，Appl. Opt. 46 (18), 3706 -3708 (2007)"中提出了一種由光子篩作為主鏡的望遠(yuǎn)系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，另一個(gè)衍射光 學(xué)元件被設(shè)計(jì)去補(bǔ)償光子篩的色差特性，達(dá)到了一定的寬光譜成像效果。但其有兩個(gè) 大于光子篩主鏡的反射鏡用于準(zhǔn)直光路并聚焦，這種方式結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。周等人在文 獻(xiàn) "C.X. Zhou, X.C. Dong, L.F. Shi, C.T. Wang, and C.L. Du, "Experimental study of a multiwavelength photon sieve designed by random-area-divided approach, '，Appl. Opt. 48 (8)，1619 - 1623 (2009) "中設(shè)計(jì)并加工了一塊三波長(zhǎng)光子篩。該光子篩的設(shè)計(jì)對(duì) 于三個(gè)不同的波長(zhǎng)分別設(shè)計(jì)三套不重疊的孔，用于對(duì)三個(gè)波長(zhǎng)成像。但是，其具有較低的衍 射效率并且只對(duì)設(shè)計(jì)的三個(gè)波長(zhǎng)成像。申請(qǐng)公布號(hào)CN104865627A的中國(guó)專利公開了一種 基于波前編碼技術(shù)的寬帶光子篩，該寬帶光子篩具有一位相編碼板，位相編碼板的一個(gè)表 面為位相編碼面，另一個(gè)表面為平面，平面后緊貼有光子篩。在該光子篩之前設(shè)置位相編碼 板，結(jié)構(gòu)略微復(fù)雜。
[0005] 因此，為了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，開發(fā)一種寬帶光子篩，使其不僅具有傳統(tǒng)光子 篩的聚焦功能，同時(shí)還具備了位相編碼板的編碼功能，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，顯然具有積極的現(xiàn)實(shí) 意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種位相編碼的寬帶光子篩，在不影響光子篩分辨率的 前提下，拓寬光子篩的帶寬。
[0007] 為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種位相編碼的寬帶光子篩，直 徑為D，包括透明平面基底和鍍?cè)谠撏该髌矫婊咨系牟煌腹饨饘俦∧?，所述不透光金屬?膜上設(shè)有環(huán)帶狀分布的通光小孔，所述通光小孔的位置分布滿足方程
，式中，f為寬帶光子篩的焦 距，η為通光環(huán)帶的環(huán)帶序號(hào)，λ為光子篩的工作波長(zhǎng)，R為寬帶光子篩的半徑，α為三次 編碼系數(shù)，k為波數(shù)，xdP y m是第η個(gè)通光環(huán)帶上第m個(gè)小孔的中心位置，m=l，2,3，…， num，其中
[0008] 上述技術(shù)方案中，所述三次編碼系數(shù)α > 20。
[0009] 進(jìn)一步的技術(shù)方案中，所述三次編碼系數(shù)α =20 π。
[0010] 上述技術(shù)方案中，所述透明平面基底為玻璃，其厚度為2mm。
[0011] 上述技術(shù)方案中，所述不透光金屬薄膜為不透光鉻膜，其厚度為l〇〇nm。
[0012] 由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)： 1. 本發(fā)明創(chuàng)造性的在傳統(tǒng)光子篩聚焦公式中引入了位相編碼相，設(shè)計(jì)了一種同時(shí)具有 位相編碼板編碼功能和傳統(tǒng)光子篩聚焦功能的寬度光子篩，很大程度上減小了光子篩對(duì)波 長(zhǎng)的敏感性，且在不影響光子篩分辨率的情況下，拓寬了光子篩的帶寬，同時(shí)提高了能量效 率； 2. 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，易于加工。
【附圖說明】
[0013] 圖1是實(shí)施例一中寬帶光子篩的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1寬帶光子篩的小孔分布示意圖； 圖3是傳統(tǒng)光子篩的小孔分布示意圖； 圖4是測(cè)試傳統(tǒng)光子篩的成像性能的裝置示意圖； 圖5是傳統(tǒng)光子篩在設(shè)計(jì)波長(zhǎng)632. Snm的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果； 圖6是測(cè)試寬帶光子篩的成像性能的裝置示意圖； 圖7是圖6中帶通濾光片的透過率曲線 圖8是傳統(tǒng)光子篩在寬帶光源下的成像結(jié)果； 圖9是寬帶光子篩在寬帶光源下的成像結(jié)果； 圖10是實(shí)施例一傳統(tǒng)光子篩和寬帶光子篩在（α =20Π )的PSF對(duì)比圖； 圖11為傳統(tǒng)光子篩和寬帶光子篩在不同波長(zhǎng)下的MTF曲線圖； 圖12為傳統(tǒng)光子篩在不同波長(zhǎng)λ =625. 8~639. 8nm下的成像結(jié)果圖； 圖13為寬帶光子篩在不同波長(zhǎng)λ =625. 8~639. 8nm的中間模糊圖像； 圖14為寬帶光子篩在不同波長(zhǎng)λ =625. 8~639. 8nm的最終復(fù)原圖像。
[0014] 其中：1、透明平面基底；2、不透光金屬薄膜；3、波長(zhǎng)為632. Snm的激光器；4、擴(kuò)束 鏡；5、濾波器；6、散射轉(zhuǎn)盤；7、平行光管；8、傳統(tǒng)光子篩；9、(XD ;10、顯不器；11、寬帶光源； 12、帶通濾光片；13、寬帶光子篩。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述： 實(shí)施例一：參見圖1所示，一種位相編碼的寬帶光子篩，直徑為D，包括透明平面基底 和鍍?cè)谠撏该髌矫婊咨系牟煌腹饨饘俦∧?，不透光金屬薄膜上設(shè)有環(huán)帶狀分布的通光小 孔，通光小孔的位置分布滿足方程^
%式中，f 為寬帶光子篩的焦距，η為通光環(huán)帶的環(huán)帶序號(hào)，λ為光子篩的工作波長(zhǎng)，R為寬帶光子篩 的半徑，α為三次編碼系數(shù)，k為波數(shù)，Xni和yni是第η個(gè)通光環(huán)帶上第m個(gè)小孔的中心位 置，m=l, 2, 3...num，其中：
[0016] 本實(shí)施例中，三次編碼系數(shù)α為20 π。
[0017] 本實(shí)施例中，透明平面基底為玻璃，其厚度為2mm。
[0018] 本實(shí)施例中，不透光金屬薄膜為不透光鉻膜，其厚度為100nm。
[0019] 在上述公開內(nèi)容的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)具體的光子篩，如圖2所示是本實(shí)施例寬帶光子 篩的小孔分布示意圖。
[0020] 如圖3所示，是傳統(tǒng)光子篩的小孔分布示意圖，可以看出傳統(tǒng)光子篩的結(jié)構(gòu)是同 心圓環(huán)，而本實(shí)施例寬帶光子篩從圖1可以看出不再是同心圓環(huán)，而是關(guān)于y=x對(duì)稱的結(jié)構(gòu) 形式，由