亚波长分辨光刻介质特性
7-几种波导--金属薄膜波导及应用
另一种认为类Fabry-Perot (F-P)腔的作用才是产生这种现象的原因， 称之为类F-P腔理论，忽略了光栅基底介电常量对透射增强波长的影响。
应用：偏振分光器、聚焦金属平板透镜 提高氮化物基LED的出光效率和偏振特性
6
集成光波导器件：超小型化和集成化，亚波长尺寸量级
周期性波导 多量子阱光波导 金属薄膜波导 渐变折射率波导 泄露波导
金属薄膜波导及应用
1957年，Ritchie等发现电磁波沿介质－金属表面传播是由于金属 表面电子在外加TM偏振波作用下发生极化而产生。
Excitation of Surface Plasmon by prism with metal film
增强4.2倍
增强335.4倍
12
二、金属薄膜结构
1、色散关系
(1)非对称结构及其场分布： （14）
金属薄膜结构
转移矩阵方程：
（15）
理想金属膜结构的色散方程：
（16） 理想系统
13
(2)对称结构的色散方程及色散关系：
色散方程
（17）
传播常数
a. 对称模情况：
b. 反对称模情况：
对称薄膜结构SPW的色散关系
电磁波的矢量微分方程：
（1）
金属的介电常数：
两种介质简单界面 SPW的电场分布
ε =ε r iε i ， ε r 0, ε r ε i
（2）
表面波场强集中于界面，并且沿法向指数衰减，试探解为：
代入 E 0 并简化得：
（3）
同样可得： （4）
8
根据边界条件得出： (1)表面等离子波一定是TM波 （5） （6）
亚波长光学ppt课件
光源
传输
调制
探测
成像
显示 存储
4
• 典型的光学系统
光源
透
物
镜
体
5
光纤通信与传输
光纤通信 光存储
光存储
光 光学信息处理 光计算 光计算
在线检测
学
激光打印
的
广 阔
光空间传输
光遥感 光开关
应
光通信
危险环境测量 激光医学 激光加工 军事应用
用 光应用计算
遥感测量 光传感
分光分析
精密计量
26
近场光学的发展历程
• 1928年英国辛格和1956年美国的欧基夫先后提出在近场 光学中进行光学测量，可避免大于一个波长的距离之后光 波动性质的呈现与干扰，获得超越绕射极限的空间分辨率 。
• 1929年亚许(E.A.Ash)与尼可斯(G.Nichols)以波长是 3cm的微波证实在近场范围中达到1／60波长的空间分辨 率。
• Leviatan在1986年和Roberts在1987、1989、1991年运 用Bethe的理论分形了近场显微术中非常重要的孔经效应， 确认了孔经附近倏逝波的存在。
• 1986年宾尼等人在美国斯坦福大学发明的原子力显微镜。
• 基于隐失场探测的近场扫描光学显微镜、近场光谱仪已经 在物理、生物、化学、材料科学等领域中得到应用.
亚波长光学的研究进 展及应用
滕树云
2011-4-29 山东师范大学物理与电子科学学院
1
主要内容
• 什么是亚波长光学 • 亚波长光学的研究进展 • 亚波长光学的研究方法 • 亚波长光学的应用
2
一、亚波长光学
1、光学 (Optics)
• 光学——研究光（电磁波）的行为和性质，以及 光和物质相互作用的物理学科。
phc类亚波长结构用于数字纳米光子器件的基本结构
PHC（Photonic Crystal）类亚波长结构是一种用于数字纳米光子器件的基本结构，它由周期性排列的介质柱或孔结构组成，具有光子禁带特性，可以控制光的传播。
PHC的基本结构可以包括以下几个主要组成部分：
1. 介质柱或孔结构：这是PHC的基本单元，可以由不同材料、形状和大小的柱体或孔组成。
这些结构以特定的方式排列，形成周期性的晶格结构。
2. 周期性排列：PHC的一个重要特征是它的结构具有周期性。
这种周期性排列可以形成光子禁带，即某些特定频率的光不能在其中传播。
3. 光子禁带特性：当光照射到PHC上时，它会根据光的频率和入射角度进行散射。
在特定的频率范围内，光不能在PHC中传播，这个频率范围就称为光子禁带。
通过调整PHC的结构和材料，可以控制光子禁带的范围和位置。
4. 数字纳米光子器件的应用：PHC类亚波长结构在数字纳米光子器件中具有广泛的应用，例如光子晶体波导、光子晶体光纤、光子晶体激光器等。
这些器件利用PHC的光子禁带特性来控制光的传播和相互作用，实现高速、低损耗的光信号传输和处理。
总的来说，PHC类亚波长结构是一种具有重要应用价值的纳米
光子器件结构，可以通过设计和优化其结构参数来实现对光的精确控制和操作。
亚波长光栅实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解亚波长光栅的基本原理和特性。
2. 掌握亚波长光栅的制备方法。
3. 通过实验验证亚波长光栅的衍射特性。
4. 分析亚波长光栅在光通信等领域的应用潜力。
二、实验原理亚波长光栅（Sub-wavelength Grating，SWG）是一种新型光学器件，其周期远小于光波波长，具有结构简单、设计灵活、效率高、易于集成等优点。
亚波长光栅通过在光波导中引入亚波长周期性结构，实现对光波的调控，从而在光通信、光传感器、光开关等领域具有广泛的应用前景。
亚波长光栅的衍射特性主要由其结构参数决定，包括周期、狭缝宽度、填充因子等。
当光波垂直入射到亚波长光栅上时，会发生衍射现象，形成特定角度的衍射光。
通过合理设计亚波长光栅的结构参数，可以实现光波的整形、滤波、分束等功能。
三、实验器材1. 光栅制备设备：光刻机、光刻胶、显影液等。
2. 光源：激光器或白光光源。
3. 光路系统：分束器、光栅、透镜、探测器等。
4. 数据采集系统：光电探测器、数据采集卡等。
四、实验步骤1. 亚波长光栅制备：采用光刻技术，在光波导上制备亚波长光栅结构。
2. 光路搭建：搭建光路系统，将光源、分束器、光栅、透镜、探测器等连接好。
3. 实验测量：调整光路参数，使光波垂直入射到亚波长光栅上，通过探测器采集衍射光信号。
4. 数据处理：对采集到的数据进行分析，计算亚波长光栅的衍射效率、衍射角度等参数。
五、实验结果与分析1. 亚波长光栅衍射效率：实验结果表明，亚波长光栅的衍射效率较高，说明其结构设计合理，光波在光栅上的衍射效果较好。
2. 衍射角度：实验结果表明，亚波长光栅的衍射角度与理论计算值基本一致，说明实验结果具有较高的可靠性。
3. 光栅性能分析：通过对实验数据的分析，可以得出亚波长光栅在光通信等领域的应用潜力，例如滤波、分束、整形等功能。
六、实验总结1. 亚波长光栅具有结构简单、设计灵活、效率高、易于集成等优点，在光通信、光传感器、光开关等领域具有广泛的应用前景。
亚波长光栅及其应用的研究
亚波长光栅及其应用的研究一、引言亚波长光栅是指光栅周期小于入射光波长的一种光学元件，具有多种应用场景。
本文将对亚波长光栅及其应用进行详细研究。
二、亚波长光栅的制备方法1. 电子束曝光法：利用电子束在感光材料表面进行曝光和显影，形成亚波长级别的图案。
2. 原子层沉积法：通过原子层沉积技术将金属或半导体材料沉积在基底上，形成亚波长级别的图案。
3. 离子束刻蚀法：利用离子束对材料表面进行刻蚀，形成亚波长级别的图案。
三、亚波长光栅的特性1. 具有高分辨率和高传输效率。
2. 可以实现多通道分离。
3. 可以实现非球面透镜功能。
四、亚波长光栅在激光技术中的应用1. 激光全息术：利用亚波长级别的全息记录介质记录激光干涉图案，可以实现高分辨率的图像重建。
2. 激光光栅压缩：利用亚波长级别的光栅对激光进行压缩，可以实现超短脉冲激光的产生。
3. 激光波前调制：利用亚波长级别的光栅对激光进行波前调制，可以实现高质量的激光束成形。
五、亚波长光栅在微纳加工中的应用1. 纳米结构制备：利用亚波长级别的光栅对材料进行刻蚀或沉积，可以制备出纳米级别的结构。
2. 微纳器件制备：利用亚波长级别的光栅对材料进行加工，可以制备出微纳级别的器件，如微透镜阵列、微流控芯片等。
六、亚波长光栅在生物医学中的应用1. 免疫检测：利用亚波长级别的全息记录介质记录生物分子信息，可以实现高灵敏度和高特异性的生物分子检测。
2. 细胞成像：利用亚波长级别的全息记录介质记录细胞信息，可以实现高分辨率的细胞成像。
七、亚波长光栅的发展趋势1. 制备技术的进一步提高，实现更高精度和更大尺寸的亚波长级别光栅。
2. 应用领域的拓展，如在量子计算、光子芯片等领域中的应用。
3. 与其他技术的结合，如与人工智能、虚拟现实等技术结合，实现更多样化和智能化的应用。
八、结论亚波长光栅具有多种特性和应用场景，在激光技术、微纳加工和生物医学等领域中都有广泛应用。
未来随着制备技术和应用领域的不断发展，其应用前景将会更加广阔。
亚波长光刻离轴照明和次分辨率辅助图形技术
图2 传统照明与离轴照明的成像原理
Fig. 2 Principles of conventional illumination and off Ο axis illumination
如图 3 所示 ,在离轴照明中入射光线不是垂直 透镜入射 , 而是与透镜的光轴成一定角度 , 因此其 只能增强图形间隙 ( pitch ) 为某一定值的密集图形 的分辨率 . 通常 ,这些可被增强图形的 pitch 由入射 光线的倾斜角度 、 透镜的数值孔径和入射光的波长 决定 . 孤立图形和不满足 pitch 要求的稀疏图形的 成像 ,质量则会明显下降 .
收稿日期 :2005 - 12 - 25 ; 修订日期 :2006 - 01 - 23. 基金项目 : 国家自然科学基金项目 (60176015) . 作者简介 : 李季 ( 1982 - ) ,女 ,黑龙江讷河人 ,电路与系统专业硕士研究生 . 3 通讯联系人 : 史峥 (1967 - ) ,男 ,浙江杭州人 ,副教授 ,工学博士 ,硕士生导师 . 主要从事集成电路 CAD 领域等研 究 . Email : shiz @vlsi. zju. edu. cn
主要从事集成电路c浙江大学超大规模集成电路设计研究所浙江杭州310027讨论了亚波长光刻条件下的离轴照明和次分辨率辅助图形两种分辨率的增强技术分析了两种技术的原理利用光刻模拟软件针对不同线宽的稀疏线条对添加次分辨率辅助图形前后的光刻仿真结果进行了对比
第 5 卷第 6 期 江 南 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版) Vol. 5 No . 6 Dec. 2006 年 12 月 2006 Journal of Southern Yangtze University( Natural Science Edition) 文章编号 :1671 - 7147 (2006) 06 - 0679 - 06
光声信号亚波长成像分辨率的分析与实现
光声信号亚波长成像分辨率的分析与实现TANG Shuai;WEN Ting-dun;HAN Jian-ning【摘要】为提高光声成像的亚波长分辨率,探究了光声信号产生的机理,并对其亚波长分辨率进行了傅里叶分析,发现普通正折射率透镜难以对携带诸多物质细节信息的倏逝波进行成像,通过COMSOL Multiphysics有限元模拟软件对声学超透镜进行建模和仿真,结果发现在该声学透镜对声波的调控作用下,倏逝波在近场区域能够实现较好的成像效果,在对样品进行制备与测试后,实验与仿真效果基本吻合,证实了该声学透镜的实用性.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)036【总页数】6页(P160-165)【关键词】声子晶体;光声成像;负折射率;声透镜【作者】TANG Shuai;WEN Ting-dun;HAN Jian-ning【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】O426.5光声成像技术是声学与光学两大基础物理学科相交叉的一项前沿科学研究[1—5]，其成像的主要参数依据便是物质的光吸收系数，故而其成像特性具有较高的识别度。
由于成像信息的载体是高频超声波，所以光声成像技术与已有的超声成像具有一定的相似性，即能够获取高分辨率的深层组织影像，这使其在生物医学等领域具有广泛的应用前景。
目前在医学成像过程中仍存在一大关键问题：当生物组织受到光波照射后会散射出携带其内部信息的波，这些光波既有传输波又有倏逝波，且它们具有不同的波矢，虽然传输波能向远场传输，但其只记录了生物组织粗略几何形貌的信息特征，而承载其物理形态及化学成分等亚波长信息的倏逝波衰减非常快，只能在近场区进行局域，所以通常很难通过传统的透镜获取此类信息。
针对此种问题，本文提出设计具有负折射率的声学超透镜[6]来提高光声信号的分辨率，对携带更多物质细节信息的倏逝波进行成像，从而突破传统的远场成像手段，实现亚波长分辨率的近场成像效果。
1 光声信号分析光声信号的产生原理如图1所示，其核心即在于当生物组织受热超过一定阈值后，便会产生高频超声信号，而去除激光脉冲后，由于温度下降又会释放热流，如此往复便生成了周期性的超声信号。
光子晶体与亚波长光学的研究和应用
光子晶体与亚波长光学的研究和应用光子晶体是一种具有周期性结构的材料，其特点是具有光子带隙，可以在特定频率范围内对光进行完全反射。
亚波长光学是指在波长远小于光束横向尺寸的情况下进行光学研究和应用。
光子晶体与亚波长光学相结合，可以实现一系列新颖的光学现象和应用。
光子晶体的研究和应用吸引了广泛关注，因为它具有许多独特的光学特性。
首先，光子晶体的周期性结构使得光的传播受到限制，产生了光子带隙。
这意味着在特定频率范围内，光无法传播，从而实现了光的完全反射。
在光子带隙内的光也会被光子晶体散射，产生一些有趣的光学效应。
其次，光子晶体可以实现光的导波和调控。
通过在光子晶体中引入缺陷，可以形成光子晶体波导，实现光的传导。
与传统的光波导相比，光子晶体波导具有更小的损耗和更大的模式面积，有助于实现高效率的光传输。
通过调控光子晶体波导的结构，可以实现对光信号的调制和控制，从而实现光的能量调控、相位调控、光的分波器、滤波器等应用。
此外，光子晶体还可以用于光的放大、激光和光传感器等领域。
通过在光子晶体中引入发射中心，可以实现光的放大，形成光子晶体激光器。
相比传统的激光器，光子晶体激光器具有更低的阈值功率和更窄的线宽，有助于实现高品质的激光输出。
此外，光子晶体结构的调控还可以实现针对特定物质或环境的光传感器，具有高灵敏度和高选择性。
亚波长光学是光的研究和应用的一个重要分支，在纳米尺度下具有很多独特的光学现象。
例如，纳米颗粒在特定波长下可以表现出金属和介质的特性，实现光的表面等离子共振，从而实现光的局域场增强、非线性光学等应用。
另外，亚波长光学还包括纳米光学器件的制备和应用。
通过制备纳米级光学器件，可以实现对光的高度控制，并且可以在亚波长尺寸下实现更高的光学分辨率。
将光子晶体与亚波长光学相结合，可以实现更多新颖的光学现象和应用。
例如，通过在光子晶体中引入纳米颗粒，可以实现光的局域场增强，从而实现更高的灵敏度的光学传感。
另外，光子晶体结构的调控可以实现更小尺寸的光波导器件，从而实现更高的集成度和更高的光传输效率。
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腐蚀，故曝光部分和未曝光部分会形成一定的台 阶，显
影时间越短，台阶高度越小，反之越大。 当显影时间达
到显影阈值 时 间ｔｔｈｒｏｕ 时，未 曝 光 部 分 被 全 部 洗 掉，之 后，如果继续显影，曝光部分会被继续腐蚀。 基于上述
分 析 ，可 以 通 过 式 （１）计 算 来 表 示 曝 光 部 分 和 未 曝 光 部
表面等离子体 （ｓｕｒｆａｃｅ ｐｌａｓｍｏｎｓ，ＳＰｓ）是 沿 导 体 表 面 传 播 的 波 ，在 垂 直 于 波 的 传 播 方 向 ，其 场 强 呈 指 数 衰减［１１］。ＳＰｓ特有的场增强、短波长等优势，可用于 突 破衍射极限的光学 刻 写，其 本 质 是 用 ＳＰｓ代 替 入 射 照 明光作为曝光源，ＳＰｓ的波长比 入 射 激 发 光 的 短，故 空 间分 辨 率 可 以 进 一 步 提 高［５］，且 ＳＰｓ光 刻 技 术 可 以 与 传统的紫外光刻技 术 结 合，故 ＳＰｓ光 刻 是 一 种 低 成 本 的超分辨 光 刻 技 术。 但 ＳＰｓ的 穿 透 深 度 在 亚 波 长 量 级，故在 ＳＰｓ光刻中，需要光刻介质的膜厚在百纳米甚 至几十纳米，而紫外光刻工艺中常 用 的 ＳＵ８ 系 列 光 刻 胶最薄也只能 达 １００μｍ。Ｘ ＡＲ－Ｎ ７７００／３０ 型 光 刻 胶 （德国 Ａｌｌ－Ｒｅｓｉｓｔ公司生产）是 一 种 新 型 的 化 学 放 大 负 胶，其膜厚在几百 纳 米 量 级，稀 释 后 则 更 薄，可 用 于 电 子束、２４８～４３６ｎｍ 波段的光源曝光产生亚波长分辨的 光 刻 图 形 ，具 有 高 灵 敏 度 、高 分 辨 率 和 很 好 的 等 离 子 体 刻蚀稳定性。光 刻 胶 的 显 影 速 度、对 比 度 与 光 刻 工 艺
中 的 后 烘 温 度 及 时 间 、显 影 条 件 等 密 切 相 关 ，膜 厚 则 取 决于光刻胶的稀 释 浓 度 和 涂 胶 速 度，生 产 厂 家 一 般 只 会给出相关技术 参 数 的 范 围，详 细 的 参 数 需 要 在 具 体 的光刻工艺中研究和测量。本文就该亚波长分辨率负 胶 的 显 影 速 度 、对 比 度 、光 刻 胶 薄 膜 厚 度 和 折 射 率 等 参 数作一详细的研究，为 开 展 ＳＰｓ超 分 辨 光 刻 实 验 奠 定 基础。
摘 要： 利 用 ３６５ｎｍ 波 段 光 源、扫 描 电 镜、台 阶 仪、 原子力显微镜和 椭 偏 仪，研 究 了 亚 波 长 分 辨 光 刻 介 质 Ｘ ＡＲ－Ｎ ７７００／３０型光刻 胶 的 显 影 速 度、对 比 度、薄 膜 厚度和折射率 等 化 学、物 理 特 性 参 数。 光 刻 胶 未 曝 光 部分显影 速 度 为 ２３．１５ｎｍ／ｓ，曝 光 部 分 为 １．８５ｎｍ／ｓ， 光 刻 胶 的 对 比 度 高 达 ２．５，稀 释 至 ３０％ 的 质 量 浓 度 时 ， 光刻胶可旋涂成４５ｎｍ 厚的薄膜。 关 键 词 ： 光 刻 胶 ；显 影 速 度 ；对 比 度 ；膜 厚 ；折 射 率 中图分类号：Ｏ４８４．４；Ｏ４８４．５；Ｏ４３９ 文献标识码：Ａ 文 章 编 号 ：１００１－９７３１（２０１２）０９－１１７７－０４
１ 引 言
光刻技术是一 种 精 密 的 微 纳 加 工 技 术，是 半 导 体 工业中的主流 制 造 技 术。 近 年 来，光 刻 技 术 朝 着 如 何 将光刻设备小型 化 和 低 成 本 化、如 何 减 小 光 刻 图 形 的 线宽等发展方向不断更新。前后升级和新发展了各种 光刻设备和技 术，如 从 基 于 高 压 汞 灯 的 ３６５ｎｍ ｉ线 曝 光光刻技术，发展为基于 ２４８、１９３ｎｍ 激 光 光 源 的 深 紫 外光刻 技 术［１］，基 于 ３６５ｎｍ 紫 外 ＬＥＤ 光 源 的 小 型 化 光刻技术［２］，基于光致变 色 材 料 的 远－近 场 结 合 的 超 分 辨光刻技术 以 ［３，４］ 及 基 于 表 面 等 离 子 体 曝 光 的 超 分 辨 光刻技术 等 ［５－１０］ 新型微纳加工光刻技术。
光胶层断 面 的 扫 描 电 镜 （ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏ－
ｐｙ，ＳＥＭ）图如图 １ 所 示。 图 １（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）分 别
对应２０、３０、５０和６０ｓ的显影时间。通过 ＳＥＭ 图可以
发 现 ，在 ５０ｓ的 显 影 时 间 下 可 以 得 到 陡 直 的 边 缘 ，而 过
２ 光 刻 胶 显 影 速 度 研 究
显影不足和过 显 影 都 会 影 响 光 刻 图 形 的 质 量，事
先测量光刻胶的显影速度则可有效控制显影时间。光
刻胶曝光后显影 时，从 未 曝 光 部 分 开 始 显 影 的 启 动 时
间ｔ０ 开始，曝光部分 和 未 曝 光 部 分 会 以 不 同 的 速 度 被
王向贤 等：亚波长分辨光刻介质特性研究
１１７７
亚波长分辨光刻介质特性研究＊
王 向 贤１，２，石 洪 菲３，张 斗 国１，明 海１
（１．中国科学技术大学 光学与光学工程系，安徽 合肥 ２３００２６； ２．巢湖学院 电子工程与电气自动化学院，安徽 巢湖 ２３８０００；３．中国科学院物理研究所，北京 １００１９０）
分 的 台 阶 高 度 随 显 影 时 间 的 变 化 ，进 而 求 得 显 影 速 度 ：
｛ Ｈ ＝
（ｒ２ －ｒ１）（ｔＤＥＶ －ｔ０），ｔ０ ＜ｔＤＥＶ ＜ｔｔｈｒｏｕ （１） Ｈ０ －ｒ２（ｔＤＥＶ －ｔ０），ｔＤＥＶ ＞ｔｔｈｒｏｕ
式中，ｔ０、ｔＤＥＶ、ｔｔｈｒｏｕ分 别 表 示 光 刻 胶 开 始 被 腐 蚀 的 启动时间、显影 所 用 时 间 以 及 阈 值 时 间，ｒ２、ｒ１ 表 示 曝
光部分和未曝光部分的显影速度，Ｈ０ 为光刻胶 的 最 初
厚度即显影前的厚度。
实验 时，曝 光 系 统 为 ＳＵＳＳ ＭＡ６ 光 刻 机，采 用
３６５ｎｍ 光源、紧 密 接 触 曝 光 方 式。 利 用 ４０ｍＪ 不 同 显 影 时 间 下 曝