高数值孔径光子筛的偏振成像机理研究

建立高数值孔径光子筛偏振成像的物理模型，探索偏振状态改变对高数值孔径光子筛成像质量的影响规律及解决途径。搭建实验测试系统，对高数值孔径光子筛偏振成像进行实验研究，掌握高数值孔径光子筛的偏振控制技术。将理论分析与实验研究进行对比分析，验证模型的合理性，不断完善物理模型，从而完善高数值孔径光子筛偏振成像的机理，提高光子筛的成像质量，探索今后的实用性。该新型纳米光学器件具有超轻、超小、超分辨力的优点，是一种具有实用价值的纳米成像器件，在许多特殊场合，如光刻、天文、航空航天、军事国防等领域都有着良好的应用前景

本项目在现有光子筛标量衍射模型的基础上，基于角谱理论，建立了光子筛矢量衍射成像模型。通过该模型的建立，将光子筛研究从现有的标量衍射领域，引入矢量衍射领域，为研究高数值孔径光子筛特性及其设计和加工提供了理论基础，为光子筛的相关研究开拓了一条新的方向。基于该矢量衍射模型，我们对高数值孔径光子筛偏振特性开展了一系列研究。首先，对入射光偏振特性对高数值孔径光子筛聚焦特性的影响进行了理论分析。获得了线偏振光、径向偏振光以及切向偏振光三种特殊偏振状态下的光子筛聚焦光场分布。其次，为解决矢量衍射模型下的光子筛设计问题，提出了基于最优化算法的光子筛设计方案。并形成了一套完整的利用电子束光刻直写、x射线光刻复制的高数值孔径光子筛加工流程，完成了高数值孔径光子筛设计与制备。最终通过搭建搭建实验系统对高数值孔径偏振特性进行了验证。此外，还针对光子筛实际使用中可能出现的问题，对入射光倾斜、发散角等对光子筛成像特性的影响进行了研究，完成了多种特殊形状光子筛结构设计，并对光子筛像差特性进行了初步探索，为光子筛实际应用提供了保证。