本發(fā)明涉及微納米成像技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種同心環(huán)型拓?fù)涑哥R及其結(jié)構(gòu)獲取方法、制作方法。

背景技術(shù)：

由于超透鏡可突破傳統(tǒng)的光學(xué)衍射極限，對(duì)亞波長(zhǎng)量級(jí)的目標(biāo)物成像或放大，隨著超透鏡技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，已可對(duì)亞波長(zhǎng)的目標(biāo)物進(jìn)行放大，其應(yīng)用領(lǐng)域拓展到生物DNA分子成像等領(lǐng)域。

因此，亞波長(zhǎng)分辨率成像是當(dāng)前成像光學(xué)與納米光學(xué)發(fā)展的熱點(diǎn)領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)新一代光學(xué)顯微技術(shù)與光學(xué)成像技術(shù)的重要途徑。亞波長(zhǎng)分辨率成像需要高數(shù)值孔徑的透鏡，但是該類(lèi)透鏡體積大且價(jià)格昂貴。在基于超表面的超透鏡概念得以提出之后，得到了有效的發(fā)展。超透鏡通過(guò)波長(zhǎng)或亞波長(zhǎng)厚度且表面具有納米結(jié)構(gòu)的平板結(jié)構(gòu)調(diào)控光波的相位，以匯聚透過(guò)超透鏡的光波于指定位置處，而形成接近衍射極限且具有亞波長(zhǎng)尺寸的焦點(diǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)中，已有的超透鏡主要有兩種：

第一種是在電介質(zhì)平板表面準(zhǔn)周期地加工制造以金(Au)等等離子體金屬為材料的納米天線陣列結(jié)構(gòu)。由于不同位置處形狀尺寸不同的納米天線上的等離子體振蕩相位不同。利用該等離子體振蕩相位與光波相位之間的差異實(shí)現(xiàn)光波相位調(diào)控，進(jìn)而使得電介質(zhì)平板表面不同位置處具有不同的相位。通過(guò)合理設(shè)計(jì)和布局電介質(zhì)平板表面的納米天線結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)光波于平板指定焦點(diǎn)處的亞波長(zhǎng)聚焦。該類(lèi)超透鏡因通過(guò)等離子體金屬為材料的納米天線陣列實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的機(jī)理主要是納米天線的表面等離子體共振。在表面等離子體共振下，納米天線結(jié)構(gòu)將會(huì)因能量損耗而產(chǎn)生大量的熱量。因此，該類(lèi)超透鏡存在能量損耗和發(fā)熱方面的缺點(diǎn)；

第二種是利用高折射率無(wú)損耗電介質(zhì)材料(例如二氧化鈦)制作具有準(zhǔn)周期表面納米結(jié)構(gòu)的超透鏡。該類(lèi)超透鏡避免了上述基于納米天線結(jié)構(gòu)的超透鏡存在能量損耗和發(fā)熱方面的缺點(diǎn)。然而，該類(lèi)超透鏡上的納米結(jié)構(gòu)深寬比大，間距小，且數(shù)量巨大(1×10⁷個(gè)/毫米2)，這給該類(lèi)超透鏡的設(shè)計(jì)、加工制造和普遍應(yīng)用帶來(lái)了很大的難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供了一種同心環(huán)型拓?fù)涑哥R及其結(jié)構(gòu)獲取方法、制作方法，超透鏡體積小、成本低、設(shè)計(jì)方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、可制造性高，從而促進(jìn)新一代光學(xué)顯微技術(shù)與光學(xué)成像技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與普遍應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)獲取方法，包括：

根據(jù)預(yù)定數(shù)值孔徑的超透鏡主體以及所述超透鏡主體的直徑，獲得所述超透鏡主體的焦點(diǎn)；

以所述預(yù)定數(shù)值孔徑對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)位置處光波電場(chǎng)能量密度極大化為目標(biāo)，進(jìn)行以圓極化波或輻射極化波為激勵(lì)、置于指定基底上、具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性的超透鏡主體推導(dǎo)，其中，所述超透鏡主體的光波場(chǎng)分布為所述超透鏡主體的任意對(duì)稱(chēng)面內(nèi)由赫姆霍茲方程描述的橫磁波；

在所述超透鏡主體的對(duì)稱(chēng)面內(nèi)，通過(guò)表達(dá)所述超透鏡主體的面型的設(shè)計(jì)變量建立無(wú)損耗二氧化鈦的插值函數(shù)，通過(guò)迭代方式求解出以所述焦點(diǎn)處的光波場(chǎng)能量密度極大為目標(biāo)的橫磁波的赫姆霍茲方程，獲得收斂的超透鏡主體的面型結(jié)構(gòu)；

將所述收斂的超透鏡主體的面型結(jié)構(gòu)繞對(duì)稱(chēng)軸旋轉(zhuǎn)，獲得同心環(huán)型拓?fù)涑哥R主體。

其中，所述在所述超透鏡主體的對(duì)稱(chēng)面內(nèi)，通過(guò)表達(dá)所述超透鏡主體的面型的設(shè)計(jì)變量建立無(wú)損耗二氧化鈦的插值函數(shù)，通過(guò)迭代方式求解出以所述焦點(diǎn)處的光波場(chǎng)能量密度極大為目標(biāo)的橫磁波的赫姆霍茲方程，獲得收斂的超透鏡主體的面型結(jié)構(gòu)，包括：

采用有限單元法求解所述超透鏡主體結(jié)構(gòu)在對(duì)稱(chēng)面內(nèi)的橫磁波場(chǎng)，并采用連續(xù)伴隨方法進(jìn)行敏度分析，獲得敏度；

根據(jù)所述敏度，采用梯度下降算法，演化所述設(shè)計(jì)變量；

根據(jù)演化的所述設(shè)計(jì)變量，求解所述橫磁波場(chǎng)，并判斷獲得的超透鏡面型結(jié)構(gòu)是否清晰；

若是，則再次進(jìn)行敏度分析和演化所述設(shè)計(jì)變量，直到所述設(shè)計(jì)變量收斂，得到清晰的超透鏡面型結(jié)構(gòu)。

除此之外還，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種同心環(huán)型拓?fù)涑哥R制作方法，包括：

在玻璃基板上旋涂PMMA光刻膠層；

對(duì)涂有所述PMMA光刻膠層的玻璃基板進(jìn)行堅(jiān)模；

根據(jù)如上所述同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)獲取方法獲得的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)的同心環(huán)橫截面，采用電子束光刻所述PMMA光刻膠層；

將所述電子束光刻后的所述PMMA光刻膠層進(jìn)行顯影；

對(duì)顯影后的具有所述PMMA光刻膠層的玻璃基板表面采用原子層沉積方式沉積二氧化鈦層，激勵(lì)波波長(zhǎng)大于所述二氧化鈦層的厚度；

剝離所述PMMA光刻膠層。

其中，所述將所述電子束光刻后的所述PMMA光刻膠層進(jìn)行顯影，包括：

采用MIBK與IPA的體積比例為1:3～1:3.5的顯影液顯影，顯影完畢后將所述玻璃基板置于乙醇中清洗后吹干。

其中，所述PMMA光刻膠層的厚度為650nm～700nm。

其中，所述將電子束光刻后的所述PMMA光刻膠層進(jìn)行顯影，包括：

采用MIBK與IPA的體積比例為1:3～1:3.5的顯影液顯影，顯影完畢后將所述玻璃基板置于乙醇中清洗后吹干。

其中，所述對(duì)涂有所述PMMA光刻膠層的玻璃基板進(jìn)行烘烤，包括：

將涂有PMMA光刻膠層的玻璃基板置于180℃～200℃的熱板上烘膠4分鐘～5分鐘。

除此之外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種同心環(huán)型拓?fù)涑哥R，包括玻璃基板和設(shè)置在所述玻璃基板上的二氧化鈦層超透鏡主體，激勵(lì)波波長(zhǎng)大于二氧化鈦層超透鏡主體的厚度，所述二氧化鈦層超透鏡主體的橫截面為采用如上所述同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)獲取方法獲得的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)的同心環(huán)橫截面。

其中，所述激勵(lì)波波長(zhǎng)與所述二氧化鈦層超透鏡主體的厚度的差值為20nm～50nm。

其中，所述二氧化鈦層超透鏡主體的數(shù)值孔徑為0.6～0.9。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R及其結(jié)構(gòu)獲取方法、制作方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例提供的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)獲取方法，包括：

根據(jù)預(yù)定數(shù)值孔徑的超透鏡主體以及所述超透鏡主體的直徑，獲得所述超透鏡主體的焦點(diǎn)；

以所述預(yù)定數(shù)值孔徑對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)位置處光波電場(chǎng)能量密度極大化為目標(biāo)，進(jìn)行以圓極化波或輻射極化波為激勵(lì)、置于指定基底上、具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性的超透鏡主體推導(dǎo)，其中，所述超透鏡主體的光波場(chǎng)分布為所述超透鏡主體的任意對(duì)稱(chēng)面內(nèi)由赫姆霍茲方程描述的橫磁波；

在所述超透鏡主體的對(duì)稱(chēng)面內(nèi)，通過(guò)表達(dá)所述超透鏡主體的面型的設(shè)計(jì)變量建立無(wú)損耗二氧化鈦的插值函數(shù)，通過(guò)迭代方式求解出以所述焦點(diǎn)處的光波場(chǎng)能量密度極大為目標(biāo)的橫磁波的赫姆霍茲方程，獲得收斂的超透鏡主體的面型結(jié)構(gòu)；

將所述收斂的超透鏡主體的面型結(jié)構(gòu)繞對(duì)稱(chēng)軸旋轉(zhuǎn)，獲得同心環(huán)型拓?fù)涑哥R主體。

本發(fā)明實(shí)施例提供的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R制作方法，包括：

在玻璃基板上旋涂PMMA光刻膠層；

對(duì)涂有所述PMMA光刻膠層的玻璃基板進(jìn)行堅(jiān)模；

根據(jù)如上所述同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)獲取方法獲得的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)的同心環(huán)橫截面，采用電子束光刻所述PMMA光刻膠層；

將所述電子束光刻后的所述PMMA光刻膠層進(jìn)行顯影；

對(duì)顯影后的具有所述PMMA光刻膠層的玻璃基板表面采用原子層沉積方式沉積二氧化鈦層，激勵(lì)波波長(zhǎng)大于所述二氧化鈦層的厚度；

剝離所述PMMA光刻膠層。

本發(fā)明實(shí)施例提供的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R，包括玻璃基板和設(shè)置在所述玻璃基板上的二氧化鈦層超透鏡主體，激勵(lì)波波長(zhǎng)大于二氧化鈦層超透鏡主體的厚度，所述二氧化鈦層超透鏡主體的橫截面為采用如上所述同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)獲取方法獲得的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)的同心環(huán)橫截面。

所述同心環(huán)型拓?fù)涑哥R及其結(jié)構(gòu)獲取方法、制作方法，通過(guò)根據(jù)需要的超透鏡的預(yù)定數(shù)值孔徑與直徑，通過(guò)焦點(diǎn)處光波場(chǎng)能量密度極大化，逆推出所述超透鏡的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)該結(jié)構(gòu)制作出的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R體積小。避免了能量損耗和發(fā)熱的缺點(diǎn)，數(shù)值孔徑可以按照需求進(jìn)行設(shè)定，可制作出較高數(shù)值孔徑的超透鏡，由于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)單，使得制造成本低，能夠促進(jìn)新一代的光學(xué)顯微技術(shù)與光學(xué)成像技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與普及應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)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(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)獲取方法的一種具體實(shí)施方式的步驟流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)獲取方法中獲得同心環(huán)型拓?fù)渫哥R回轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)面內(nèi)的剖面結(jié)構(gòu)的迭代方法的步驟流程示意圖；

圖3為采用本發(fā)明實(shí)施例提供的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R的制作方法的一種具體實(shí)施方式的步驟流程示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R的一種具體實(shí)施方式的俯視圖結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R的一種具體實(shí)施方式的剖視圖結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

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)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參考圖1～圖5，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)獲取方法的一種具體實(shí)施方式的步驟流程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)獲取方法中獲得同心環(huán)型拓?fù)渫哥R回轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)面內(nèi)的剖面結(jié)構(gòu)的迭代方法的步驟流程示意圖；圖3為采用本發(fā)明實(shí)施例提供的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R的制作方法的一種具體實(shí)施方式的步驟流程示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R的一種具體實(shí)施方式的俯視圖結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R的一種具體實(shí)施方式的剖視圖結(jié)構(gòu)示意圖。

在一種具體實(shí)施方式中，所述同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)獲取方法，圖1所示，包括：

步驟101，根據(jù)預(yù)定數(shù)值孔徑的超透鏡主體以及所述超透鏡主體的直徑，獲得所述超透鏡主體的焦點(diǎn)；

步驟102，以所述預(yù)定數(shù)值孔徑對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)位置處光波電場(chǎng)能量密度極大化為目標(biāo)，進(jìn)行以圓極化波或輻射極化波為激勵(lì)、置于指定基底上、具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性的超透鏡主體推導(dǎo)，其中，所述超透鏡主體的光波場(chǎng)分布為所述超透鏡主體的任意對(duì)稱(chēng)面內(nèi)由赫姆霍茲方程描述的橫磁波；

步驟103，在所述超透鏡主體的對(duì)稱(chēng)面內(nèi)，通過(guò)表達(dá)所述超透鏡主體的面型的設(shè)計(jì)變量建立無(wú)損耗二氧化鈦的插值函數(shù)，通過(guò)迭代方式求解出以所述焦點(diǎn)處的光波場(chǎng)能量密度極大為目標(biāo)的橫磁波的赫姆霍茲方程，獲得收斂的超透鏡主體的面型結(jié)構(gòu)；

步驟104，將所述收斂的超透鏡主體的面型結(jié)構(gòu)繞對(duì)稱(chēng)軸旋轉(zhuǎn)，獲得同心環(huán)型拓?fù)涑哥R主體。

所述步驟103，在所述超透鏡主體的對(duì)稱(chēng)面內(nèi)，通過(guò)表達(dá)所述超透鏡主體的面型的設(shè)計(jì)變量建立無(wú)損耗二氧化鈦的插值函數(shù)，通過(guò)迭代方式求解出以所述焦點(diǎn)處的光波場(chǎng)能量密度極大為目標(biāo)的橫磁波的赫姆霍茲方程，獲得收斂的超透鏡主體的面型結(jié)構(gòu)，包括：

采用有限單元法求解所述超透鏡主體結(jié)構(gòu)在對(duì)稱(chēng)面內(nèi)的橫磁波場(chǎng)，并采用連續(xù)伴隨方法進(jìn)行敏度分析，獲得敏度；

根據(jù)所述敏度，采用梯度下降算法，演化所述設(shè)計(jì)變量；

根據(jù)演化的所述設(shè)計(jì)變量，求解所述橫磁波場(chǎng)，并判斷獲得的超透鏡面型結(jié)構(gòu)是否清晰；

若是，則再次進(jìn)行敏度分析和演化所述設(shè)計(jì)變量，直到所述設(shè)計(jì)變量收斂，得到清晰的超透鏡面型結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明中的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)獲取方法，通過(guò)采用逆設(shè)計(jì)的方式，根據(jù)預(yù)獲得的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)，然后分析其在焦點(diǎn)處光波電場(chǎng)能量密度極大化為目標(biāo)，進(jìn)行以圓極化波或輻射極化波為激勵(lì)、置于指定基底上、具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性的超透鏡主體推導(dǎo)，其中，所述超透鏡主體的光波場(chǎng)分布描述簡(jiǎn)化為所述超透鏡主體的任意對(duì)稱(chēng)面內(nèi)由赫姆霍茲方程描述的橫磁波。通過(guò)迭代方式求解出以所述焦點(diǎn)處的光波場(chǎng)能量密度極大為目標(biāo)的橫磁波的赫姆霍茲方程，獲得收斂的超透鏡主體的面型結(jié)構(gòu)，然后以該超透鏡主體的面型結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)軸旋轉(zhuǎn)，獲得需要的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明中的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)獲取方法獲得的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)，由輻射極化波或圓極化光波激勵(lì)，且光波傳播方向與具有回轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性的超透鏡對(duì)稱(chēng)軸方向一致。因此，本發(fā)明中的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R回轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)面內(nèi)的光波場(chǎng)分布可由定義于設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的赫姆霍茲方程描述的橫磁波獲得。

本發(fā)明中的超透鏡結(jié)構(gòu)一般采用計(jì)算機(jī)模擬的方式，通過(guò)以所述預(yù)定直徑對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)位置處光波場(chǎng)能量密度極大化為目標(biāo)，進(jìn)行以圓極化波或輻射極化波為激勵(lì)、置于預(yù)定基底上、具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性的超透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中，所述超透鏡結(jié)構(gòu)內(nèi)的光波場(chǎng)分布為所述超透鏡任意對(duì)稱(chēng)面內(nèi)由赫姆霍茲方程描述的橫磁波，然后建立模型，通過(guò)設(shè)計(jì)變量的演化，使得設(shè)計(jì)變量收斂，并最終獲得清洗的超透鏡面型結(jié)構(gòu)。

具體的，在超透鏡的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)定義設(shè)計(jì)變量，這里的設(shè)定區(qū)域是指超透鏡的所占有的空間，通過(guò)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行二氧化鈦和真空(或空氣)相對(duì)介電常數(shù)的材質(zhì)插值。然后，采用迭代步驟求解以焦點(diǎn)處光波場(chǎng)能量密度極大化為設(shè)計(jì)目標(biāo)、以橫磁波的赫姆霍茲方程為約束的變分問(wèn)題，獲得同心環(huán)型拓?fù)洹哥R回轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)面內(nèi)的剖面結(jié)構(gòu)；再將所得剖面結(jié)構(gòu)繞其對(duì)稱(chēng)軸旋轉(zhuǎn)，即得同心環(huán)型拓?fù)涑哥R。

本發(fā)明中，求解以焦點(diǎn)處光波場(chǎng)能量密度極大化為設(shè)計(jì)目標(biāo)、以橫磁波的赫姆霍茲方程為約束的變分問(wèn)題，獲得同心環(huán)型拓?fù)渫哥R回轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)面內(nèi)的剖面結(jié)構(gòu)的迭代步驟，如圖2所示，包括：

S1、設(shè)置設(shè)計(jì)變量初始值；

S2、進(jìn)行設(shè)計(jì)變量的光滑處理；

S3、在當(dāng)前的設(shè)計(jì)變量下，求解超透鏡設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的橫磁波；

S4、采用伴隨敏度分析方法，求解焦點(diǎn)處光波場(chǎng)能量密度的伴隨敏度；

S5、基于所得伴隨敏度演化設(shè)計(jì)變量；

S6、判斷當(dāng)前設(shè)計(jì)變量是否收斂；

若是，則結(jié)束，若否，則返回到步驟S2。

在該迭代過(guò)程中，赫姆霍茲方程的求解采用有限單元法進(jìn)行，其中，對(duì)超透鏡設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的離散，每一個(gè)激勵(lì)波長(zhǎng)距離內(nèi)一般采用32個(gè)正方形單元。

通過(guò)上述的逆推方法，根據(jù)焦點(diǎn)處光波場(chǎng)能量密度的極大化，逆設(shè)計(jì)出同心環(huán)型拓?fù)涑哥R的截面結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)獲得的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R的截面結(jié)構(gòu)沿著對(duì)稱(chēng)軸進(jìn)行回轉(zhuǎn)，獲得最終的需要的超透鏡結(jié)構(gòu)。

這種超透鏡結(jié)構(gòu)的獲取方式，非常簡(jiǎn)單，用戶(hù)可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)出指定數(shù)值孔徑、指定直徑的超透鏡，而且擦用這種方式獲得的超透鏡的厚度很小，使得超透鏡的體積小，而且該超透鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

除此之外還，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種同心環(huán)型拓?fù)涑哥R制作方法，如圖3所示，包括：

步驟201，在玻璃基板上旋涂PMMA光刻膠層；

步驟202，對(duì)涂有所述PMMA光刻膠層的玻璃基板進(jìn)行堅(jiān)模；

步驟203，根據(jù)如上所述同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)獲取方法獲得的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)的同心環(huán)橫截面，采用電子束光刻所述PMMA光刻膠層；

步驟204，將所述電子束光刻后的所述PMMA光刻膠層進(jìn)行顯影；

步驟205，對(duì)顯影后的具有所述PMMA光刻膠層的玻璃基板表面采用原子層沉積方式沉積二氧化鈦層，激勵(lì)波波長(zhǎng)大于所述二氧化鈦層的厚度；

步驟206，剝離所述PMMA光刻膠層。

所述同心環(huán)型拓?fù)涑哥R制作方法，通過(guò)使用逆推的方式獲得超透鏡的結(jié)構(gòu)，然后更具該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出模板，通過(guò)電子束光刻和顯影的方式，將獲得的超透鏡結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)在玻璃基板上的PMMA光刻膠層上。然后在PMMA光刻膠層上進(jìn)行二氧化鈦層的沉積，而二氧化鈦層的厚度是均勻的，由于其底下的PMMA光刻膠層具有超透鏡結(jié)構(gòu)，也使得二氧化鈦層的結(jié)構(gòu)為超透鏡結(jié)構(gòu)。最后，通過(guò)去除玻璃基板與二氧化鈦層之間的PMMA光刻膠層，使得二氧化鈦層與玻璃基板接觸，再進(jìn)行一定的清洗，就獲得需要的超透鏡。

PMMA光刻膠是電子束正膠，其主要的特點(diǎn)就是超高分辨率、高對(duì)比度、可見(jiàn)光有高透過(guò)率。PMMA光刻膠應(yīng)用范圍很廣泛，如納米尺度的光柵，納米尺度的電子器件，納米結(jié)構(gòu)，波導(dǎo)，金字形柵或蘑菇形柵(需要雙層結(jié)構(gòu))，量子點(diǎn)，犧牲層。PMMA光刻膠也可用于多層工藝，在玻璃、金屬和硅等材料表面的附著力非常好。用低固體含量的型號(hào)可以得到30nm厚膜，特別適合制成納米圖形。

本發(fā)明由于超高的分辨率，因此使用PMMA光刻膠，如果有其它的光刻膠能夠有相同或更好的分辨率，也可以使用，本發(fā)明對(duì)此不作具體限定。

光刻技術(shù)的精度由于受到光子在波長(zhǎng)尺度上的散射影響。使用的光波長(zhǎng)越短，光刻能夠達(dá)到的精度越高。根據(jù)德布羅意的物質(zhì)波理論，電子是一種波長(zhǎng)極短的波。這樣，電子束曝光的精度可以達(dá)到納米量級(jí)，從而為制作納米線提供了很有用的工具。

本發(fā)明之所以使用電子束光刻，是因?yàn)楸景l(fā)明中的超透鏡需要實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)的分辨率，需要刻蝕的精度要求高，需要納米級(jí)的光刻精度。使用電子束進(jìn)行光刻，減少了散射的影響，能夠提高光刻精度，提高制作的超透鏡的質(zhì)量。

本發(fā)明中對(duì)涂有所述PMMA光刻膠層的玻璃基板進(jìn)行堅(jiān)膜，是為了將涂在玻璃基板上的PMMA光刻膠由初始的流動(dòng)狀態(tài)變?yōu)楣袒癄顟B(tài)，保持其形狀穩(wěn)定，該工藝步驟一般包括：

將涂有PMMA光刻膠層的玻璃基板置于180℃～200℃的熱板上烘膠4分鐘～5分鐘。

在一種具體實(shí)施方式中，堅(jiān)膜工藝采用在180℃的熱板上烘膠5分鐘即可。

所述將所述電子束光刻后的所述PMMA光刻膠層進(jìn)行顯影，包括：

采用MIBK與IPA的體積比例為1:3～1:3.5的顯影液顯影，顯影完畢后將所述玻璃基板置于乙醇中清洗后吹干。

在采用原子層沉積方式沉積二氧化鈦層之后，只需要將二氧化鈦層底下的殘留的PMMA光刻膠層去除，即可在玻璃基板上獲得需要的超透鏡結(jié)構(gòu)。所述剝離所述PMMA光刻膠層，包括：

將沉積有所述二氧化鈦層的玻璃基板置于丙酮溶液中30秒～35秒去除所述PMMA光刻膠層；

將所述玻璃基板至于乙醇溶液中30秒～35秒，對(duì)所述玻璃基板10進(jìn)行清洗之后采用壓縮空氣將所述玻璃基板10吹干。

通過(guò)將沉積二氧化鈦的玻璃基板置于丙酮溶液中，使得剩余的PMMA光刻膠層與丙酮發(fā)生反應(yīng)，從玻璃基板上脫離，使得玻璃基板上只剩余二氧化鈦層。而在剝離PMMA光刻膠的過(guò)程中，會(huì)使得玻璃基板以及二氧化鈦層上粘附丙酮，丙酮容易揮發(fā)，有一定的毒性。二氧化鈦工作層和玻璃基板上粘附丙酮，不利于操作使用者的健康安全，同時(shí)也可能無(wú)法正常工作。為了去除粘附的丙酮，將玻璃PMMA后的玻璃基板至于乙醇溶液中，采用相似相容的原理，使得粘附的丙酮溶于無(wú)毒的乙醇，最后再使用去離子水進(jìn)行清洗，使用壓縮空氣將玻璃基板上的水分吹干。

在本發(fā)明中，并不限定于將玻璃基板置于丙酮、乙醇中進(jìn)行PMMA玻璃以及清洗的次數(shù)為一次，可以是兩次或者是更多次，清洗時(shí)間也可以根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行重新設(shè)定，本發(fā)明對(duì)此不作具體限定。

在本發(fā)明中玻璃基板的作用是固定同心環(huán)型超透鏡的二氧化鈦工作層，本發(fā)明中處理可以使用玻璃基板，還可以使用其它的透鏡的基板，本發(fā)明對(duì)基板的類(lèi)型和厚度不做具體限定。

在一種具體實(shí)施方式中，本發(fā)明中的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R的制作工藝方法，包括：

清洗玻璃基板，并在其上旋涂覆蓋厚度為700nm的PMMA光刻膠；

將涂有PMMA光刻膠的玻璃基板置于180℃的熱板上烘膠5分鐘；

采用電子束光刻(EBEAM)工藝，按所得同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)的同心環(huán)截面進(jìn)行電子束直寫(xiě)曝光；

采用MIBK+IPA(體積比1:3)顯影液顯影，顯影完畢后于乙醇里清洗30秒，并用壓縮空氣吹干；

采用原子層沉積方式于帶有PMMA光刻膠結(jié)構(gòu)的玻璃基板上沉積600納米的二氧化鈦層；

將沉積有二氧化鈦的玻璃基板放置于丙酮溶液內(nèi)，均勻搖動(dòng)30秒以剝離PMMA光刻膠，將玻璃基板取出放置于乙醇內(nèi)清洗30秒，再用壓縮空氣吹干。

在本發(fā)明中，由于常用的超透鏡的數(shù)值孔徑為0.6～0.9，因此所述超透鏡的預(yù)定數(shù)值孔徑一般為0.6～0.9，如果有特殊可以根據(jù)需求或者將超透鏡的數(shù)值孔徑設(shè)計(jì)的更大，或者將數(shù)值孔徑設(shè)計(jì)的更小，本發(fā)明對(duì)此不作具體限定。

由于電子束光刻相對(duì)于可見(jiàn)光光刻，能量更大，刻蝕速率相對(duì)較快，所述PMMA光刻膠層的厚度一般為650nm～700nm。

光刻之后，需要進(jìn)行顯影，將電子束光刻后的所述PMMA光刻膠層進(jìn)行顯影，包括:采用MIBK與IPA的體積比例為1:3～3.5的顯影液顯影，顯影完畢后將所述玻璃基板置于乙醇中清洗后吹干。

需要指出的是，本發(fā)明中還可以采用其它的顯影工藝，本發(fā)明對(duì)此不作具體限定。

由于在本發(fā)明中的超透鏡工作時(shí)采用的是單色光，而非常規(guī)透鏡采用的自然光，而作為工作層的二氧化鈦層的厚度為亞波長(zhǎng)，即小于工作波長(zhǎng)，一般所述激勵(lì)波波長(zhǎng)與所述二氧化鈦層的厚度的差值為20nm～50nm。如，激勵(lì)波波長(zhǎng)為600nm，那么只要二氧化鈦層的厚度低于600nm即可，一般在550nm～580nm之間。

而本發(fā)明中的超透鏡，既可以在空氣環(huán)境中工作、也可以在真空環(huán)境中工作，本發(fā)明對(duì)其不做具體限定。

除此之外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種同心環(huán)型拓?fù)涑哥R，如圖4和圖5所示，包括玻璃基板10和設(shè)置在所述玻璃基板10上的二氧化鈦層超透鏡主體20，激勵(lì)波波長(zhǎng)大于二氧化鈦層超透鏡主體20的厚度，所述二氧化鈦層超透鏡主體20的橫截面為采用如上所述同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)獲取方法獲得的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R結(jié)構(gòu)的同心環(huán)橫截面。

所述同心環(huán)型拓?fù)涑哥R，通過(guò)逆推的方式，根據(jù)需要的超透鏡的參數(shù)，通過(guò)焦點(diǎn)處光波場(chǎng)能量密度極大化，逆推出所述超透鏡的結(jié)構(gòu)，由于獲得的超透鏡只有玻璃基板10和二氧化鈦層超透鏡主體20，而二氧化鈦層超透鏡主體的厚度低于激勵(lì)波波長(zhǎng)，而玻璃基板的作用只是用于固定和承載二氧化鈦層超透鏡主體，使得本發(fā)明中的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R體積較小，易于集成和陣列化。同時(shí)，由于所述同心環(huán)型拓?fù)涑哥R無(wú)需使用納米天線結(jié)構(gòu)，不存在能量損耗和發(fā)熱的缺點(diǎn)，使用成本低。

由于在本發(fā)明中的超透鏡工作時(shí)采用的是單色光，而非常規(guī)透鏡采用的自然光，而作為工作層的二氧化鈦層的厚度為亞波長(zhǎng)，即小于工作波長(zhǎng)，一般所述激勵(lì)波波長(zhǎng)與所述二氧化鈦層的厚度的差值為20nm～50nm。如，激勵(lì)波波長(zhǎng)為600nm，那么只要二氧化鈦層的厚度低于600nm即可，一般在550nm～580nm之間。

在本發(fā)明中，由于常用的超透鏡的數(shù)值孔徑為0.6～0.9，因此所述超透鏡的預(yù)定數(shù)值孔徑一般為0.6～0.9，如果有特殊可以根據(jù)需求或者將超透鏡的數(shù)值孔徑設(shè)計(jì)的更大，或者將數(shù)值孔徑設(shè)計(jì)的更小，本發(fā)明對(duì)此不作具體限定。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R及其結(jié)構(gòu)獲取方法、制作方法，通過(guò)根據(jù)需要的超透鏡的預(yù)定數(shù)值孔徑與直徑，通過(guò)焦點(diǎn)處光波場(chǎng)能量密度極大化，逆推出所述超透鏡的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)該結(jié)構(gòu)制作出的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R體積小。避免了能量損耗和發(fā)熱的缺點(diǎn)，數(shù)值孔徑可以按照需求進(jìn)行設(shè)定，可制作出較高數(shù)值孔徑的超透鏡，由于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)單，使得制造成本低，能夠促進(jìn)新一代的光學(xué)顯微技術(shù)與光學(xué)成像技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與普及應(yīng)用。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的同心環(huán)型拓?fù)涑哥R及其結(jié)構(gòu)獲取方法、制作方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。