CN106199813B - 一种微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤一，将相位调制膜层设置在偏振敏感薄膜上，组成复合层薄膜；步骤二，将复合层薄膜上的相位调制膜层加工成波前相位调控微纳结构；步骤三，将加工后的复合层薄膜覆盖在微球透镜的上方；步骤四，在微球透镜的下方设置刚性基板，对刚性基板施加作用力后，使加工后的复合层薄膜包裹在微球透镜上，撤离刚性基板得到微纳结构调制微球透镜聚焦元件。本发明的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法不仅制备方法简单、容易实现，而且功能性能可扩充性强、实现了波前相位对光束聚焦的优化、实现了矢量光束微球透镜聚焦。

Description

一种微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法
技术领域
本发明涉及一种微球透镜聚焦元件的制备方法，具体涉及一种微纳结构微球透镜聚焦元件的制备方法。
背景技术
光学聚焦系统研究是光学研究的热点之一，广泛应用于光学显微、光学加工、光学微操纵、光学成像、光电测量、光化学、光学编码、光学照明、荧光激发、光电检测等领域，发挥着至关重要的作用。
聚焦元件则是光学聚焦系统中的核心部件。例如在光学显微领域中，为了达到理想光束聚焦，得到小的聚焦光斑，多种技术被提出和实现，包括提高聚光系统数值孔径、减小工作光波长，这在聚光光学系统中已经达到了很广的应用，为了进一步提高光学聚焦行为，需要新技术对应的新聚焦光学元件出现。
在先技术中，存在一种用于实现光束聚焦微球透镜元件，E.McLeod andC.B.Arnold(E.McLeod and C.B.Arnold,“Subwavelength direct-write nanopatterningusing optically trapped microspheres,”Nat.Nanotechnol.3(7),413–417(2008)。)等人以及Z.Wang,W.Guo,L.Li,B.Luk’yanchuk,A.Khan,Z.Liu,(Z.Chen,and M.HongZ.Wang,W.Guo,L.Li,B.Luk’yanchuk,A.Khan,Z.Liu,Z.Chen,and M.Hong,“Optical virtualimaging at 50nm lateral resolution with a white-light nanoscope,”Nat.Commun.2,218(2011))等人提出了一种用于光束聚焦的微球透镜元件，尽管该光束聚焦的微球透镜元件具有一定的优点，但是仍有不足之处，具体如下：(1)采用的微球透镜工作原理就是利用光束与透镜的光学传播行为，在几何光学范畴内的光束折射反射等行为，在波动光学范畴内的球面界面对光波的作用，本质上不能发挥波前相位对光束聚焦的优化作用。(2)光场本质上具有矢量特性，矢量特性可以显著影响光束聚焦程度和行为，两篇论文中的微球透镜元件无法实现矢量光束转换和优化，无法实现单一器件矢量光束微球透镜聚焦。(3)本质上存在光束聚焦行为极限，两篇论文中的微球透镜元件无法发挥出光束聚焦行为中突破极限工作原理，功能和性能可扩充性不强。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种方法简单、可实现波前相位对光束聚焦优化、可实现矢量光束微球透镜聚焦以及功能性能可扩充性强的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将相位调制膜层设置在偏振敏感薄膜上，组成复合层薄膜；步骤二，将复合层薄膜上的相位调制膜层加工成波前相位调控微纳结构；步骤三，将加工后的复合层薄膜覆盖在微球透镜的上方；步骤四，在微球透镜的下方设置刚性基板，对刚性基板施加作用力后，使加工后的复合层薄膜包覆在微球透镜上，撤离刚性基板得到微纳结构调制微球透镜聚焦元件。
在本发明提供的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤一中，偏振敏感薄膜为高分子材料偏振敏感薄膜、微纳结构偏振敏感薄膜以及二相色性材料偏振敏感薄膜中的任意一种。
在本发明提供的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤一中，相位调制膜层设置在偏振薄膜上的方法为胶合、旋涂、镀膜以及沉积中的任意一种。
在本发明提供的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤二中，相位调制膜层加工成波前相位调控微纳结构的加工方法为光刻、离子束刻蚀、激光直写以及纳米压印中的任意一种。
在本发明提供的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤三中，微球透镜为直径30μm的二氧化硅微球。
在本发明提供的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤四的具体过程为：在微球透镜的下方设置刚性基板，并在复合层薄膜的上方设置有柔性材料作为受力支撑，在刚性基板对微球透镜施加作用力后，复合层薄膜发生形变并包裹在微球透镜上。
在本发明提供的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，柔性材料为弹性橡胶、弹性硅胶、弹性海绵以及弹性树脂中的任意一种。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法，因为在复合层薄膜上的相位调制膜层设置有波前相位调控微纳结构，这样可以利用波前相位对光束聚焦的调控效应，实现波前相位对光束聚焦的优化。在对微球透镜的下方的刚性基板施加作用力后，加工后的复合层薄膜能够包裹在微球透镜上，这样，加工后的复合层薄膜在作用力下发生形变过程中微纳结构发生变化，构成了依附于微球透镜表面的矢量光场转换膜层，改变的入射光矢量特性，实现了矢量光束微球透镜聚焦。因此，本发明的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法不仅制备方法简单、容易实现，而且功能性能可扩充性强、实现了波前相位对光束聚焦的优化、实现了矢量光束微球透镜聚焦。
附图说明
图1是本发明的实施例中微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法作具体阐述。
图1是本发明的实施例中微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法的流程示意图。
如图1所示，本实施例的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法包括以下步骤：
步骤一S1，将相位调制膜层2胶合在微纳结构偏振敏感薄膜1上，组成复合层薄膜。此外，微纳结构偏振敏感薄膜1还可以采用高分子材料偏振敏感薄膜或二相色性材料偏振敏感薄膜；相位调制膜层2设置在微纳结构偏振敏感薄膜上的方法还可以采用旋涂、镀膜以及沉积中的任意一种。
步骤二S2，将复合层薄膜中的相位调制膜层2采用光刻的方法加工成波前相位调控微纳结构。此外，复合层薄膜中的相位调制膜层加工成波前相位调控微纳结构的加工方法还可采用离子束刻蚀、激光直写以及纳米压印中的任意一种。
步骤三S3，将加工后的复合层薄膜覆盖在直径为30μm的二氧化硅微球3的上方。
步骤四S4，在二氧化硅微球透镜3的下方设置刚性基板4，并在复合层薄膜的上方设置柔性材料作为受力支撑，对刚性基板4施加作用力后，刚性基板4对二氧化硅微球3具有作用力，使复合层薄膜发生形变并包裹在二氧化硅微球3上，撤离刚性基板4得到微纳结构调制微球透镜聚焦元件。在本实施例中，柔性材料为弹性橡胶。此外，柔性材料还可以为弹性硅胶、弹性海绵以及弹性树脂中的任意一种
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法，因为在复合层薄膜上的相位调制膜层设置有波前相位调控微纳结构，这样可以利用波前相位对光束聚焦的调控效应，实现波前相位对光束聚焦的优化。在对二氧化硅微球透镜的下方的刚性基板施加作用力后，加工后的复合层薄膜能够包裹在二氧化硅微球透镜上，这样，加工后的复合层薄膜在作用力下发生形变过程中微纳结构发生变化，构成了依附于二氧化硅微球透镜表面的矢量光场转换膜层，改变的入射光矢量特性，实现了矢量光束微球透镜聚焦。因此，本实施例的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法不仅制备方法简单、容易实现，而且功能性能可扩充性强、实现了波前相位对光束聚焦的优化、实现了矢量光束微球透镜聚焦。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将相位调制膜层设置在偏振敏感薄膜上，组成复合层薄膜；
步骤二，将所述复合层薄膜上的所述相位调制膜层加工成波前相位调控微纳结构；
步骤三，将加工后的所述复合层薄膜覆盖在微球透镜的上方；
步骤四，在所述微球透镜的下方设置刚性基板，对所述刚性基板施加作用力后，使加工后的所述复合层薄膜包覆在所述微球透镜上，撤离所述刚性基板得到所述微纳结构调制微球透镜聚焦元件。
2.根据权利要求1所述的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法，其特征在于：
其中，在所述步骤一中，所述偏振敏感薄膜为高分子材料偏振敏感薄膜、微纳结构偏振敏感薄膜以及二相色性材料偏振敏感薄膜中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法，其特征在于：
其中，在所述步骤一中，所述相位调制膜层设置在所述偏振薄膜上的方法为胶合、旋涂、镀膜以及沉积中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法，其特征在于：
其中，在所述步骤二中，所述相位调制膜层加工成所述波前相位调控微纳结构的加工方法为光刻、离子束刻蚀、激光直写以及纳米压印中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法，其特征在于：
其中，在所述步骤三中，所述微球透镜为直径30μm的二氧化硅微球。
6.根据权利要求1所述的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法，其特征在于：
其中，所述步骤四的具体过程为：在所述微球透镜的下方设置刚性基板，并在所述复合层薄膜的上方设置有柔性材料作为受力支撑，在所述刚性基板对所述微球透镜施加作用力后，所述复合层薄膜发生形变并包裹在所述微球透镜上。
7.根据权利要求6所述的微纳结构调制微球透镜聚焦元件的制备方法，其特征在于：
其中，所述柔性材料为弹性橡胶、弹性海绵以及弹性树脂中的任意一种。
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