突破光学衍射极限_发展纳米光学和光子学材料及器件

《突破光学衍射极限_发展纳米光学和光子学材料及器件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、高层论坛AuthorityForum突破光学衍射极限，发展纳米光学和光子学材料及器件1,2干福熹(1.中国科学院上海光学精密机械研究所，上海201800;2.复旦大学，上海200433)摘要：Micro-electronic微电子学（）s已突破Moore定律，进入纳米电子学（）Nano-electronics129时代。光子的传播速度（）10cm/s比电子传播速度（）10cm/s快得多，纳米光学和光子学材料及器件的发展正是迎合这种快速和高密度信息技术的需求。先进的纳米光学和纳米光子学器件应该是快速、高分辨率和

2、高集成的，形成各类光学和光子学芯片和盘片。先进的材料是突破各类功能芯片的关键。在各类电子学以及光学和光子学的纳米芯片和器件制造过程中，纳米刻蚀工艺是一个关键。与电子束、离子束和X射线刻蚀工艺相比较，光刻是一种易控制、大面积、高速度和低价格的制造工艺。目前，光刻分辨率受限于光的衍射极限，分辨率取决于Airy斑的大小，主要靠缩短光束的波长和增大物镜的数值孔径来提高，已接近可达到实用化纳米光刻的极限。突破光的衍射极限，在光的远场和近场应用超分辨率技术，是当前重要的前沿课题。发展用于光学超分辨率的各种功能材料以及新的

3、刻录介质材料是这一新的重大创新技术的关键。1引言率要求达到纳米级别，需要突破光的衍射极21世纪是多媒体信息时代，大容量、高密限。度和快速是其显著特征。信息量已经以太位2光学衍射极限与超分辨技术12光学衍射极限是指一个理想光点经过光学（Terabits，10bits，Tb），信息数据密度以2系统成像，由于Rayleigh衍射的限制，不可能得Tb/cm和信息数据流速度以计Tb/s。当前，微电到理想像点，而是一个Frauenhofer衍射点。这子学（）Micro-electronics已突破Moore定律，进个衍射

4、点的大小和光波波长（）λ成正比、与入纳米电子学（）Nano-electronics时代，大规模所用物镜的数值孔径（）NA成反比：D∝λ集成电路的分辨率和制造工艺已进入纳米尺度12/NA。常规光学系统的衍射极限一般为λ/2，为（，，906545，32nm）。光子的传播速度（109了缩小光点就需要使用更短的波长和采用更大cm/s）比电子传播速度（）10cm/s快得多，纳的数值孔径。例如，分辨率为100nm的光刻系统米光学和光子学材料及器件的发展正是迎合这一般需要波长短于200nm的光源，要达到种快速和高密度信息技

5、术的需求。50nm的分辨率，不仅需要紫外光源，数值孔径先进的纳米光学和纳米光子学器件应该是快速、高分辨率和高集成的，形成各类光学和要＞（1.5浸没式）。短波长激光器和大数值孔光子学芯片和盘片，包括生物芯片、通信芯径透镜都已经接近了目前技术所能达到的极限片、传感芯片以及存储芯片和盘片等。先进的或者成本太高，例如，一台深紫外浸没式光刻材料是突破各类功能器件的关键。机的价格达0.2～0.3亿美元，所以传统技术路线当前，选择什么材料、用什么工艺去制备已经面临着巨大的挑战。超分辨技术是指突破纳米光学和光子学器件是一个中

6、心问题。在各瑞利衍射极限的技术，一直是光学领域的主要类电子学以及光学和光子学的纳米芯片和器件研究课题。2009年美国光学学会提出，超分辨制造过程中纳米刻蚀工艺是一个关键。与电子技术是21世纪光学发展的重大突破点，需要发束、离子束和X射线刻蚀工艺比较，光刻是一种展分辨率达λλ/10～/20的新方法、新原理和新易控制、大面积、高速度和低价格的制造工技术。艺，但光刻分辨率受到衍射极限的限制，分辨目前已经发展出多种超分辨技术，如远场16高层论坛AuthorityForum超分辨和近场超分辨技术等。光瞳滤波超分辨分辨率

7、，系统最终的分辨能力不受传统光刻衍技术是一种常见的远场超分辨技术，利用位射极限的限制，而是由功能材料本身的物理化相、振幅、偏振等调制可以提高光学系统的分学特性决定的。近年来，超分辨功能材料和器辨率。超分辨位相板为一种二元环带结构滤波件技术发展迅速，成为具有高实用性的、实现器，可以对光束波前位相结构进行调制，得到光学超分辨的最重要的技术途径之一。小于Airy斑的聚焦光斑，同时还可以调整焦事实上，利用材料特性来获得超分辨效果深。但在这个过程中，会产生旁瓣，特别在中在光信息存储领域已经获得了长期、广泛的关心光瓣变得

8、更小时，同时还会降低中心光斑的注。利用材料特性实现超分辨光存储，最早可能量。近年来发展了一些新的远场超分辨技追溯到1990年Bouwhuis的理论工作，计算表术，如采用径向偏振光束调制光幅及位相、补明，聚焦激光通过非线性光学特性材料（掩偿球面像差、用二元光学滤波片形成三维超分膜）后，在近场区域可得到更加锐利的光斑，辨率、与近场超分辨技术的结合提高分辨率可望将之应用于光盘超分辨读取。1992年，等。由