專利名稱：電磁波傳播結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁波傳播結(jié)構(gòu)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種,衍射 極限并提高弓l入了該電磁波傳播結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)的分辨率和精度的電磁波傳播 結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
電磁波技術(shù)，特別是，光學(xué)技術(shù)，是在諸如醫(yī)學(xué)檢查、精確測(cè)量、半導(dǎo)體
工業(yè)等的高技術(shù)行業(yè)中:ir踐用的基本技術(shù)之一。因此，尋找提高光學(xué)技術(shù) 的分辨率和精度的方法正是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的努力目標(biāo)。
光的特性受衍射極限的限制，衍射極限限制角itf (衍射角的正弦(sine)) 和光束寬度(2w)的乘積的最小值。當(dāng)前，光學(xué)系統(tǒng)中對(duì)聚焦光斑可以實(shí)現(xiàn)的 最高分辨率約為入射光束波長的0.61倍(1一D波長的一半)。通過0^該衍射 極限，可以使光聚焦為其大小遠(yuǎn)小于該光的波長的光斑，從而提高光學(xué)系統(tǒng)的 分辨率和精度。當(dāng)前，提高光學(xué)分辨率的方法有三種，它們是減小該光束的波長、增大 該光束通過其傳播的光學(xué)介質(zhì)的折射率以及采用禾擁最大光錐半角的光學(xué)透 鏡。這3種方法中，降低該光束的波長的方法產(chǎn)生最顯著的效果，因此，也是 最廣踐用的方法。例如，在半導(dǎo)體制造過程中采用的光蝕刻和光刻方法中， 將曝光和顯影使用的光束的波長縮短到紫外光的波長范圍內(nèi)。然而，該方法的
問題在于，增加了進(jìn)一步縮短波長以及相應(yīng)制造技術(shù)的難度，而且增加了^5:
相應(yīng)設(shè)施所需的成本，這些甚至成為相關(guān)技術(shù)領(lǐng) 步的瓶頸。
因此，為了提高光學(xué)系統(tǒng)的雄率和精度，如何繊限制各種光學(xué)應(yīng)用的 衍射極限成為要自的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是掛共一種能^l高光學(xué)系統(tǒng)中的分辨率和精度的電 磁波傳播結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，掛共了一種適合用于電磁波傳播系統(tǒng)的電磁波傳 播結(jié)構(gòu)。該電磁波傳播系統(tǒng)包括波鄉(xiāng)模塊和波接收模塊，具有某個(gè)波長的電
磁波適合在波傳播方向從該波^l寸模i刺專播。該電磁波傳播結(jié)構(gòu)包括主體， 其表面會(huì),Hih該電磁波傳播，而且它包括入射端和在該波傳播方向?qū)χ鴌^A 射端的出射端。該主體形成了兩個(gè)波傳播通路，這兩個(gè)波傳播通路互相之間分 離開的距離不大于該電磁波的波長。每個(gè)波傳播鵬從^A射端延伸到該出射 端，而且其內(nèi)部尺寸不大于該電磁波的波長的一半。該電磁波傳播結(jié)構(gòu)適合使 電磁波通過該波傳播通路從該波，模刺專播到該波接收模塊，以將它聚焦為 其光斑尺寸小于該電磁波的波長的一半的光斑。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種適合產(chǎn)生超準(zhǔn)直光束的電磁波傳播結(jié)構(gòu)。 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種適合用于電磁波傳播系統(tǒng)中的電磁 波傳播結(jié)構(gòu)。該電磁波傳播系統(tǒng)包括波，模塊，具有某個(gè)波長的電^^ig合
在波傳播方向從該波mH對(duì)刺專播。該電磁波傳播結(jié)構(gòu)包括主體，其表面能
夠阻止該電磁波傳播，而且它包括入射端和在該波傳播方向?qū)χ撊肷涠说某?br> 射端。該主體形成了兩個(gè)波傳播通路，這兩個(gè)波傳播S^互相之間分離開的距 離不大于該電磁波的波長，每個(gè)波傳播il^各從^A射端延伸到該出射端，而且 其內(nèi)部尺寸不大于該電磁波的波長的一半。該主,該波傳播方向確定中軸。 每個(gè)波傳播il^各分別在該主體的入射端具有入射口 ，在該主體的出射端具有出
射口，而且具有在i^A射口與出射口之間延伸的內(nèi)部部分，該內(nèi)部部分確定平 行于該中軸的中心線，而且其內(nèi)部尺寸不大于該出射口的內(nèi)部尺寸。該波傳播 通路的內(nèi)部部分相對(duì)于該中軸對(duì)稱，每個(gè)波傳播通路的出射口相對(duì)于相應(yīng)的一 個(gè)該波傳播通路的中心m稱。在該出射端上，該主體進(jìn)一步形成多個(gè)周期性 布置的凹槽。每個(gè)凹槽的內(nèi)部尺寸均不大于該電磁波的波長的一半。該凹槽中 的相鄰凹槽互相之間分離開的距離不大于該電磁波的波長。
至少設(shè)置每個(gè)凹槽的內(nèi)部尺寸和深度以及該凹槽中相鄰凹槽之間的距離 之一，以使該電磁波傳播結(jié)構(gòu)適合使電磁波通過該波傳播通路從該波皿模塊 傳播，以在該中軸附近重疊并繼續(xù)作為超準(zhǔn)直光束傳播。


根據(jù)下面參考附圖對(duì)，實(shí)施例所做的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu) 點(diǎn)顯而易見，其中.-
圖1是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第一 實(shí)施例的示意圖2是示出對(duì)第一雌實(shí)施例獲得的z向磁場(chǎng)的模擬結(jié)果的磁場(chǎng)纟艘圖3是示出對(duì)第一，實(shí)施例獲得的y向電場(chǎng)的凈莫擬結(jié)果的電場(chǎng)弓雖度圖； 圖4是示出對(duì)第一 實(shí)施例獲得的y向極化電流的模擬結(jié)果的電流強(qiáng)度
圖5是示出對(duì)第一優(yōu)選實(shí)施例獲得的x向極化電流的模擬結(jié)果的電流強(qiáng)度
圖6是示出對(duì)第一 實(shí)施例獲得的z向磁場(chǎng)的另一個(gè)模擬結(jié)果的磁場(chǎng)強(qiáng)
度圖7示出對(duì)第一,實(shí)施例獲得的時(shí)間平均x向電場(chǎng)能量分布的模擬結(jié)
果；
圖8示出對(duì)第一tm實(shí)施例獲得的時(shí)間平均z向磁場(chǎng)能量分布的模擬結(jié)
果；
圖9示出對(duì)第一,實(shí)施例獲得的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的x向坡印廷(Poynting) 矢量的時(shí)間平均場(chǎng)能流的模擬結(jié)果；
圖10示出對(duì)第一i^實(shí)施例獲得的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的y向坡印廷矢量的時(shí)間 平均場(chǎng)能流的模擬結(jié)果；
圖11是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第二tt實(shí)施例的示意圖12是示出對(duì)第二 實(shí)施例獲得的z向磁場(chǎng)的模擬結(jié)果的磁場(chǎng)強(qiáng)度圖; 圖13是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳，番結(jié)構(gòu)的第三 實(shí)施例的示意圖； 圖14是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第四優(yōu)選實(shí)施例的示意圖； 圖15是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第五優(yōu)選實(shí)施例的示意圖； 圖16是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第六 實(shí)施例的示意圖； 圖17是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第七itt實(shí)施例的示意圖； 圖18是示出對(duì)第七iM實(shí)施例獲得的z向磁場(chǎng)的模擬結(jié)果的磁場(chǎng)纟雖圖; 圖19是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第八優(yōu)選實(shí)施例的示意圖； 圖20示出對(duì)第八，實(shí)施例獲得的時(shí)間平均x向電場(chǎng)能量分布的模擬結(jié)
果；
圖21是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第九ttii實(shí)施例的示意圖； 圖22是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十優(yōu)選實(shí)施例的示意圖； 圖23是 本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十一 實(shí)施例的示意圖； 圖24是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十二im實(shí)施例的示意圖； 圖25是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十三，實(shí)施例的示意圖26是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十四 實(shí)施例的示意圖； 圖27是示出對(duì)第十四 實(shí)施例獲得的z向磁場(chǎng)的模擬結(jié)果的磁場(chǎng) 驢
圖28是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十五 實(shí)施例的示意圖； 圖29是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十六雌實(shí)施例的示意圖； 圖30是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十七優(yōu)選實(shí)施例的示意亂 圖31是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十八im實(shí)施例的示意圖； 圖32是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十九ttit實(shí)施例的示意圖； 圖33是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第二十,實(shí)施例的示意圖； 圖34是示出對(duì)第二十 實(shí)施例獲得的z向磁場(chǎng)的模擬結(jié)果的磁場(chǎng)纟M
圖35是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第二十一,實(shí)施例的示意圖； 圖36是根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第二十二im實(shí)施例的示意以及
圖37是包括了本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的電磁波傳播系統(tǒng)的方框圖。
具體鄉(xiāng)方式
在更詳細(xì)說明本發(fā)明之前，應(yīng)該注意，在本申請(qǐng)中，禾l傭相同的附圖標(biāo)記 表示相同的元件。
參考圖1，采用根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第一,實(shí)施例使電磁波 通過其傳播。因?yàn)辂溈怂鬼f等式的通用性，本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)對(duì)包括可 見光、非可見光等的各種波長和頻率的電磁波可以通用。該電磁波傳播結(jié)構(gòu)包 括主體l，由兩個(gè)波傳播通路2形成，每次在該電磁波通過其傳播時(shí)，都利 用這兩個(gè)波傳播通路2改變電磁波的傳播方向和能量分布。
主體1具有旨灘阻擋該電磁波傳播的表面，而且在波傳播方向(y)上， 它包括入射端11和對(duì)著該入射端11的出射端12。
在該主體1上，分隔形成這兩個(gè)波傳播通路2。波傳播通路2分別/AA射 端11延伸至咄射端12，而且它們?cè)谌肷涠?1具有入射口 21，在出射端12具 有出射口 22;以及在該入射口 21與出射口 22之間延伸的內(nèi)部部分23。每個(gè)波 傳播通路2的內(nèi)部部分23的內(nèi)部尺寸都不大于要M其傳播的電磁波波長a) 的一半。此外，這兩個(gè)波傳播通路2之間的距離不大于要通過其^f專播的電磁波
波長a)。在該電磁波通5l^兩個(gè)波傳播通路2從主體i的入射端ii傳播到
出射端12時(shí)，只要該電磁波存在兩個(gè)波傳播通路2，則在^iffiS兩個(gè)波傳播通 路2的主體1的出口面積的位置或者附近，產(chǎn)生子波長天線效應(yīng)和光彎曲效應(yīng)， 從而導(dǎo)致該電磁波的傳播方向和能量分布發(fā)生變化。
在該實(shí)施例中，由提高電磁波透射的材料構(gòu)成的通路面分別確定*波傳 播通路2。波傳播通路2的通路面m是金屬制造的。
通過利用時(shí)域有限差分方法(FDTO)進(jìn)行模擬，船正該電磁波傳播結(jié)構(gòu) 所獲得的效果。禾!J用德魯?shù)?Drude)極(是德魯?shù)?Drude)模型介質(zhì)的代表)， 采用輔助差分方程式方法，對(duì)主體1建模，該主體l由與電磁波強(qiáng)烈反應(yīng)的諸 如MM或者其他材料的色TO料構(gòu)成。此外，以模擬方式，計(jì) 目量極化電流。 利用下面描述的模擬結(jié)果驗(yàn)證本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)與要通過該電磁波傳播 結(jié)構(gòu)傳播的電磁波的特性之間的關(guān)系。此外，獲得的聚焦光斑用于^ffi本發(fā)明 的電磁波傳播結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的效果。
除非另有說明，模擬系統(tǒng)是二維的，而且M:柵格系統(tǒng)表示該模擬系統(tǒng)，
該柵格系統(tǒng)具有帶有4 nm單位格子長度的Yee空間點(diǎn)陣的600 X 600格子。利
用索引(IJy)表示該柵格系統(tǒng)的每個(gè)格子，其中(Ix)和(Iy)分別對(duì)應(yīng)于互相正交
的第一方向(x)和波傳播方向(y)中的格子位置。在此應(yīng)該注意，在該公開 中，還可以將該波傳播方向(y)換稱為第二方向(y)。 (y和(Iy)的值均在1至 600的范圍內(nèi)。該模擬系統(tǒng)的原點(diǎn)位于索引(IxJy) =(300,360)。還利用對(duì)應(yīng)于 該柵格系統(tǒng)的實(shí)際尺寸的坐標(biāo)系表示該模擬系統(tǒng)，該柵格系統(tǒng)的實(shí)際尺寸是2.4 MmX2.4 ^。該坐標(biāo)系包括坐標(biāo)(C^,Cy)，其中(Q0的值在一1.2至1.2的范圍內(nèi)， 而(Cy)的值在一1.44至0.96的范圍內(nèi)，而且該原點(diǎn)位于坐標(biāo)(C^，Cy)二(0,0)。在 該模擬中，將主體l設(shè)置為在傳播方向(y)上的厚度(tl)為240 nm (即， 在波傳播方向(y)上，主體1的入射端11與出射端12之間的距離為240 nm)。 因此，在該柵格系統(tǒng)中，主體1的入射端11和出射端12分別位于(Iy=390) 和(Iy=331 )。 ^h波傳播鵬2的內(nèi)部部分23的內(nèi)部尺寸(wl)為80nm (即， 第一方向(x)上的通路寬度為80 nm),而這兩個(gè)波傳播M^各2之間在第一方 向(x)上的距離(dl)為240nm。此外，在該柵格系統(tǒng)上，電磁波源位于(Iy =590)，而該電磁波以減小的(Iy)值在第二方向(y)傳播，而且微長為633 nm。分別在第一方向和同時(shí)與第一方向(x)和第二方向(y)正交的第三方向(Z)，極化該電場(chǎng)和磁場(chǎng)，然后，將它們標(biāo)準(zhǔn)化為統(tǒng)一。為了將數(shù)值反射
(numerical reflection)和錯(cuò)誤斷氐到最小，將位于 標(biāo)系的第二方向(y)上 的非負(fù)值部分的，莫擬系統(tǒng)的第一方向(x)的兩個(gè)邊界設(shè)置為周期性的，而將所 有其他邊界設(shè)置為完全匹配層吸收邊界條件(Perfectly Matched Layer Absorbing BoundaiyCondictions)。將該時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化為該電磁波的周期，而且該模擬中的時(shí) 間步長(dt)是0.004。
此外，在lt極應(yīng)該注意，參考示出該圖的圖紙，以其各自的一般意義解釋 本公開中參考附圖使用的諸如"向下"、"向外"、"右側(cè)"等的方向性術(shù)語。
參考圖1和圖2，在時(shí)間=9.2時(shí)，在該電磁波通過這兩^h波傳播通路2 傳播后，這兩個(gè)波傳播 2上存在的、還被稱為z向磁場(chǎng)(Hz)的第三方向 (z)上的磁場(chǎng)^應(yīng)于主體1的中軸，艮卩，對(duì)應(yīng)于接近0的(Cx)，的中心部 分重疊。參考圖1和圖3，在該中心部分，這兩個(gè)波傳播通路2上存在的、還 被稱為y向電場(chǎng)(Ey)的波傳播方向(y)上的電場(chǎng)消失，而其能量被轉(zhuǎn)換為z 向磁場(chǎng)(Hz)和還被稱為x向電場(chǎng)(Ey)的第一方向(x)上的電場(chǎng)。這種5im 是子波長天線效應(yīng)之一。
參考圖l、圖4和圖5，主體l入射端ll上的表面電流和電磁波的激發(fā)以
及該電磁波與這兩個(gè)波j專播ffi^各2的耦合產(chǎn)生表面等離子運(yùn)動(dòng)和表面等離子振 子(plasmon)。同時(shí)，在分別通過波傳播鵬2傳播時(shí)，該電磁波4頓應(yīng)于通 路2之一的內(nèi)部部分23所確定的表面極化，以致獲得的極化電荷和電流以及該 電磁波向下流向主體1的出射端12。因?yàn)樽硬ㄩL天線效應(yīng)，流動(dòng)的極化電荷和 電流在第三方向(z)產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，即，(Hz)。
參考圖1和圖6，在時(shí)間=9.5時(shí)，向作為基準(zhǔn)的主體1的出射端12的下 方，使該z向磁場(chǎng)(Hz)聚焦，此時(shí)，該z向磁場(chǎng)(Hz)的幅值為0.757。參考 圖7和圖8，禾1」用該電磁波在時(shí)間=9.5時(shí)以比該電磁波的波長的一半小的 0.366人的會(huì)糧平均光斑大小(0.386 1的FWHM光斑大小)聚焦后的x向電場(chǎng)(&) 和z向磁場(chǎng)(Hz)的時(shí)間平均能量分布，可以^i正該電磁波繼續(xù)以高虧M向下 傳播。
參考圖l、圖9和圖10，還可以利用該磁場(chǎng)和電場(chǎng)的坡印廷(Poynting) 矢量(S1，S2)驗(yàn)i正該電磁波的傳播和聚焦。如圖9所示，x向坡印廷矢量(Sl) 和場(chǎng)能量流向主體1的中心部分。Y向坡印廷矢量(S2)和場(chǎng)能量聚焦在主體
1的出射端12的下面，之后，繼續(xù)向下、向外傳播，表示該電磁波是行電磁波。 應(yīng)用了當(dāng)前禾根進(jìn)步的本發(fā)明IM了傳統(tǒng)的波理論，傳統(tǒng)波理論i人為光不 會(huì)隨過子波長隙縫傳播。然而，正如上面對(duì)根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第 一實(shí)施例獲得的模擬結(jié)果所斷正的那樣，激發(fā)金屬面上的表面電荷運(yùn)動(dòng)或者電 荷密度波提高了該電磁波的透射。此外，在創(chuàng)新的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的波傳播通 路2內(nèi)，禾,子極限波函數(shù)使該電磁波聚焦為比該電磁波的波長的一半小的光
斑。該波傳播鵬2上的波函數(shù)接近常數(shù)，而且在主體1的表面上顯著斷氐。
在此，應(yīng)該注意，在衍射極限的傳統(tǒng)理論中，沒有研究限界在子極限規(guī)模內(nèi)的
空間本征值(即，波數(shù))kK)模的這種函數(shù)，因此，不落入相應(yīng)范圍內(nèi)。
參考圖11，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第二雌實(shí)施例與第一 實(shí)
施例的不同之處在于，第二，實(shí)施例的主體la在出射端12a進(jìn)一步形成有至 少一個(gè)凹槽13。凹槽13的內(nèi)部尺寸不大于要通過該波傳播趣絡(luò)2傳播的電磁 波的波長的一半，而且它與該波傳播通路2的相鄰之一分離開的距離不大于該
電磁波的波長。此外，在3M:第二itt實(shí)施例的波傳播S^2傳播的電磁波形
成的聚焦光斑中出現(xiàn)"推移"、"擠壓"或者"壓縮"5旨，以致再一次減小聚焦光斑的尺寸，而且在主體la的出射端12a下面，該電磁波的傳播方向和會(huì)遣 分布發(fā)生變化。在該實(shí)施例中，為了示例目的，主體la形成有一個(gè)凹槽13。
對(duì)于第二優(yōu)選實(shí)施例，執(zhí)行與i^t第一，實(shí)施例執(zhí)行的模擬類似的模 擬。在該模擬系統(tǒng)中，凹槽13在波傳播方向(y)上具有凹槽深度(t2)，而在 第一方向(x)上，具有凹槽寬度(w2)，它們均被設(shè)置為80nm。此外，在第 一方向(x)上，波傳播通路2的右側(cè)之一與凹槽13之間的距離(d2)被設(shè)置 為120nm。進(jìn)一步參考圖12，在時(shí)間二9.5時(shí)，在^i正該電磁波通過該波傳播 鵬2傳播時(shí)，在出射端12a的下面，z向磁場(chǎng)(Hz)被聚焦為光斑，該光斑 的育讀平均3^王大小為0.328 ;UFWHM^g大小為0.378入)，而其幅值為0.791 ， 而且該光斑小于該電磁波的波長的一半。此外，該光斑不對(duì)稱，因?yàn)榇嬖?推 移"或者"壓縮"現(xiàn)象。
如圖13所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第三 實(shí)施例與第二優(yōu) 選實(shí)施例的不同之處在于，第三iM實(shí)施例的主體lb在出射端12b進(jìn)一步形成 了兩個(gè)凹槽13。相對(duì)于主體lb的中軸，對(duì)稱布置該凹槽13，而且布置該凹槽 13，以在其間插入波傳播 2。此外，該凹槽13用于擠壓該聚焦光斑。 第三 實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)與上面公開的效果相同的效果，在第三 實(shí)施 例中，將該電磁波聚焦為其尺寸小于該電磁波的波長的一半的光斑。
參考圖14，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第四優(yōu)選實(shí)施例與第三優(yōu)選實(shí)
施例的不同之處在于，第四 實(shí)施例的主體lc在出射端12c進(jìn)一步形成了多 個(gè)凹槽13。周期性地互相分離布置該凹槽13，而且每個(gè)相鄰凹槽13對(duì)之間的 距離不大于該電磁波的波長。
第四 實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)與上面公開的效果相同的效果，在第四,實(shí)施 例中，將該電磁波聚焦為其尺寸小于該電磁波的波長的一半的光斑。
同樣，當(dāng)i^A射端11至少形成一個(gè)凹槽時(shí)，與該波傳播通路2耦合并通 過該波傳播通路2傳播后的電磁波的物理f爭(zhēng)性將發(fā)生變^七。下面是例子。
如圖15所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第五 實(shí)施例與第一優(yōu) 選實(shí)施例的不同之處在于，第五，實(shí)施例的主體ld在入射端lld進(jìn)一步形成 了多個(gè)周期性分離的凹槽13。每個(gè)凹槽13的內(nèi)部尺寸都不大于該電磁波的波 長的一半。此外，每對(duì)相鄰凹槽13之間的距離不大于該電磁波的波長。在該實(shí) 施例中，與波傳播鵬2d空間魏的方式，分別布置其中個(gè)凹槽13，以致位
于入射端lid的^t^波傳播M^2d的入射口 21d的內(nèi)部尺寸都不小于位于入射 口 21d與出射口 22之間的每個(gè)波傳播通路2d的內(nèi)部部分23的內(nèi)部尺寸。
與J^實(shí)施例相同，第五優(yōu)選實(shí)施例也可以實(shí)現(xiàn)將該電磁波聚焦為其尺寸 小于該電磁波的波長的一半的光斑。
在此，應(yīng)該注意，在此公開的^it實(shí)施例的電磁波傳播結(jié)構(gòu)也涉及iOT介 質(zhì)材料。例如，如圖16所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第五雌實(shí)施例 與第一雌實(shí)施例的不同之處在于，包括透光介質(zhì)層3，絲置在主體l的入 射端11上用于支承主體1、用于產(chǎn)生波導(dǎo)效果以及改變要通過該電磁波傳播結(jié) 構(gòu)傳播的電磁波的傳播特性。在該實(shí)施例中，該透光介質(zhì)層3由玻璃構(gòu)成。
通過模擬可以驗(yàn)證，第六 實(shí)施例也可以實(shí)現(xiàn)將該電磁波聚焦為其尺寸 小于該電磁波的波長的一半的光斑的效果。
如圖17所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第七 實(shí)施例與第一優(yōu) 選實(shí)施例的不同之處在于，旨波傳播通路2e的出射口 22e相對(duì)于相應(yīng)的* 傳播通路2e的內(nèi)部部分23的中心線形狀不對(duì)稱。該效果^M出射口 22e從 這兩個(gè)波傳播M^2e出來后，該電磁波發(fā)生彎曲，這樣，當(dāng)在主體le的中軸
附近保持能量分布基本不變時(shí)，該電磁波向下離開主體le的出射端12e繼續(xù)傳 播到主體le的中軸，甚至被聚焦為光斑。
參考圖18，在時(shí)間=9.26時(shí)，在該電磁波通過第七雌實(shí)施例的兩個(gè)波傳 播通路2e傳播時(shí)，在執(zhí)行與上面執(zhí)行的模擬類似的模擬期間，z向磁場(chǎng)(Hz) 被聚焦為其能量平均大小為0341 U或者FWHM斑大小為0.364 "的光斑(幅 值為1.30)，它小于該電磁波的波長的一半。
如圖19所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第八優(yōu)選實(shí)施例與第七優(yōu) 選實(shí)施例的不同之處在于，以在第一方向(x)互相直接空間連通的方式，布置 這兩個(gè)波傳播通路2f的出射口 22f。
參考圖19和圖20，根據(jù)x向電場(chǎng)(&)的時(shí)間平均育遣分布可以驗(yàn)i正， 第八 實(shí)施例也可以實(shí)現(xiàn)其尺寸小于該電磁波的波長的一半的聚焦光斑，而 且在聚焦為該光斑之前，在通過出射口22f從這兩個(gè)波傳播通路2f出來后，該 電磁波發(fā)生彎曲。此外，在傳播到主體lf的中軸并被聚焦為該光斑后，該電磁 波繼續(xù)以高強(qiáng)度傳播。
如圖21所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第九t^實(shí)施例與第八優(yōu) 選實(shí)施例的不同之處在于，主體lg在出射端12g上進(jìn)一步形成了凹槽13。凹 槽13的內(nèi)部尺寸不大于該電磁波的波長的一半。因此，在該聚焦^M上發(fā)生鄰 移"或者"壓縮"現(xiàn)象，以致再一次減小該聚焦光斑的大小，而且在該電磁波 通過出射口 22f從該波傳播通路2f出來后，該電磁波的傳播方向和能量分布發(fā) 生變化。在該實(shí)施例中，為了示例目的，主體lg形成了一個(gè)凹槽13。
在與對(duì)，實(shí)施例執(zhí)行的模擬類似的模擬中，^i正第九，實(shí)施例可以實(shí) 現(xiàn)將該電磁波聚焦為其尺寸小于該電磁波的波長的一半的光斑的效果。此外， 與第二 實(shí)施例相同，該光斑不對(duì)稱，因?yàn)榇嬖?推移"或者"壓縮"現(xiàn)象。
如圖22所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十 實(shí)施例與第九優(yōu) 選實(shí)施例的不同之處在于，第十iM實(shí)施例的主體lh在出射端12h形成了其中 兩個(gè)凹槽13。相對(duì)于主體lh的中軸，X^爾布置該凹槽13，而且布置該凹槽13， 以在其間插入波傳播通路2f。此外，該凹槽13用于壓縮該聚焦光斑。
Ml莫擬可以驗(yàn)證，第十 實(shí)施例也可以實(shí)現(xiàn)將該電磁波聚焦為其尺寸 小于該電磁波的波長的一半的光斑的效果。
如圖23所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十一iM實(shí)施例與第八
,實(shí)施例的不同之處在于，第十一優(yōu)選實(shí)施例的主體li在出射端12i形成了
多個(gè)凹槽13。周期性地互相分隔布置該凹槽13，而且每對(duì)相鄰凹槽13對(duì)之間 的距離不大于該電磁波的波長。
通過模擬可以驗(yàn)證，第十一優(yōu)選實(shí)施例同樣可以實(shí)現(xiàn)將該電磁波聚焦為其 尺寸小于該電磁波的波長的一半的光斑的效果。
同樣，當(dāng)該入射端11至少形成一個(gè)凹槽時(shí)，與該波傳播鵬2耦合并通 過該波傳播通路2傳播后的電磁波的物理特性將發(fā)生變化。下面是例子。
如圖24所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十二，實(shí)施例與第八 優(yōu)選實(shí)施例的不同之處在于，第十二，實(shí)施例的主體lj在入射端llj進(jìn)一步 形成了多個(gè)周期性分隔的凹槽13。每個(gè)凹槽13的內(nèi)部尺寸都不大于該電磁波 的波長的一半。此外，每對(duì)相鄰凹槽13之間的距離不大于該電磁波的波長。
在與對(duì)上述實(shí)施例執(zhí)行的模擬類似的模擬中，^i正第十二雌實(shí)施例可以 實(shí)現(xiàn)將該電磁波聚焦為其尺寸小于該電磁波的波長的一半的光斑的效果。
在此，應(yīng)該注意，在此公開的第^第十二 實(shí)施例的電磁波傳播結(jié)構(gòu) 也涉及4OT介質(zhì)材料。例如，如圖25所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第
十三，實(shí)施例的與第八 實(shí)施例的不同之處在于，包括透光介質(zhì)層3，其 布置在主體If的入射端11上用于，主體lf、產(chǎn)生波導(dǎo)效果以及改^^ilil 該電磁波傳播結(jié)構(gòu)傳播的電磁波的傳播特性的。在該實(shí)施例中，該透光介質(zhì)層
3由玻璃構(gòu)成。通過模擬可以驗(yàn)i正，第十三 實(shí)施例也可以實(shí)現(xiàn)將該電磁波
聚焦為其尺寸小于該電磁波的波長的一半的光斑。
如圖26所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十四 實(shí)施例與第一 雌實(shí)施例的不同之處在于，^A射端11到出射端12，第十四雌實(shí)施例的 波傳播ffl^各2p的中心線延伸到主體lp的中心線(即，/AA射端11到出射端 12，每條中心線與中軸之間的距離逐漸減小)。
對(duì)于第十四iM實(shí)施例，通過柵格系統(tǒng)表示該模擬系統(tǒng)，該柵格系統(tǒng)具有 帶有4 nm單位格我度的Yee空間點(diǎn)陣的600 X 600格子。在該模擬中，將主 體lp設(shè)置為在波傳播方向(y)上的厚度(tip)為160nm (即，在波傳播方向 (y)上，主體lp的入射端ll與出射端12之間的距離為160nm)。 ^h波傳 播通路2p的內(nèi)部部分23的內(nèi)部尺寸(wl)為80 nm (gp，第一方向(x)上 的通路寬度為80nm)。 ^A射端11上，這兩個(gè)波傳播通路2p之間在第一方向(x)上的距離(dip)為240nm，而在出射端12上，這兩^h波傳播i1^ 2p之 間在第一方向(x)上的距離(dlp，)為200 nm。其他t莫擬參數(shù)與上面對(duì)第一 fte實(shí)施例公開的參數(shù)相同。
參考圖26和圖27，在時(shí)間=9.18時(shí)，在該電磁波通過這兩個(gè)波傳播il^各 2p傳播后，z向磁場(chǎng)(Hz)被聚焦為其能量平均大小為0.376 X (或者FWHM 光斑大小為0.418入)的^S (幅值為1.159)，它小于該電磁波的波長的一半。 如圖28所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十五,實(shí)施例與第十 四 實(shí)施例的不同之處在于，第十五ite實(shí)施例的主體lq在出射端12q進(jìn)一 步形成至少一個(gè)凹槽13。該凹槽13的內(nèi)部尺寸不大于通過該波傳播通路2p傳 播的電磁波的波長的一半，而且它與該波傳播通路2的相鄰之一分離開的距離 不大于該電磁波的波長。此外，在ilil第十五,實(shí)施例的波傳播通路2p傳播 的電磁波形成的聚焦光斑上發(fā)生"推移"、"擠壓"或者"壓縮"！^，以致再 一次減小該聚焦光斑的尺寸，而且在主體lq的出射端12q下面，該電磁波的傳 播方向和能量分布發(fā)生變化。在該實(shí)施例中，為了示例目的，主體lq形成有一 個(gè)凹槽13。
通過模擬可以驗(yàn)證，第十五ite實(shí)施例也可以實(shí)現(xiàn)將該電磁波聚焦為其尺
寸小于該電磁波的波長的一半的光斑的效果。此外，該光斑不X^爾，因?yàn)榇嬖?"擠壓"或者"壓縮"現(xiàn)象。
如圖29所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十六 實(shí)施例與第十 四ttit實(shí)施例的不同之處在于，第十六 實(shí)施例的主體lr在出射端12r進(jìn)一 步形成其中兩個(gè)凹槽13。相對(duì)于主體lr的中軸，對(duì)稱布置凹槽13，而且布置 該凹槽13，以在其間插入波傳播通路2p。此外，該凹槽13用于擠壓該聚焦光 斑。
M模擬可以驗(yàn)證，第十六 實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)與上面描述的效果相同的 效果，在第十六i^實(shí)施例中，將該電磁波聚焦為其尺寸小于該電磁波的波長 的一半的光斑。
如圖30所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十七 實(shí)施例與第十 四 實(shí)施例的不同之處在于，第十七,實(shí)施例的主體ls在出射端12s進(jìn)一 步形成多個(gè)凹槽13。周期性地互相分隔布置凹槽13，而且每對(duì)相鄰凹槽13之 間的距離不大于該電磁波的波長。
通^^莫擬可以^i正，第十七 實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)與上面描述的效果相同的
效果，在第十七 實(shí)施例中，將該電磁波聚焦為其尺寸小于該電磁波的波長 的一半的光斑。
同樣，當(dāng)該入射端至少形成一個(gè)凹槽時(shí)，與該波傳播M耦合并M該波 傳播通路傳播后的電磁波的物理特性將發(fā)生變化。下面是例子。
如圖31所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十八 實(shí)施例與第十 四優(yōu)選實(shí)施例的不同之處在于，第十八,實(shí)施例的主體lt在入射端lit進(jìn)一 步形成了多個(gè)周期性分隔的凹槽13。每個(gè)凹槽13的內(nèi)部尺寸都不大于該電磁 波的波長的一半。此外，每對(duì)相鄰凹槽13之間的距離不大于該電磁波的波長。 在該實(shí)施例中，與波傳播鵬2t空間M的方式，分別布置其中兩個(gè)凹槽13， 以致位于入射端lit的每個(gè)波傳播通路2t的入射口 21t的內(nèi)部尺寸都不小于位 于入射口 21t與出射口 22t之間的每個(gè)波傳播iTO2t的內(nèi)部部分23的內(nèi)部尺寸。
aa模擬可以驗(yàn)證，與上述實(shí)施例相同，第十八優(yōu)選實(shí)施例也可以實(shí)現(xiàn)將 該電磁波聚焦為其尺寸小于該電磁波的波長的一半的光斑的效果。
在此，應(yīng)該注意，第十四至第十八,實(shí)施例的電磁波傳播結(jié)構(gòu)也涉及使所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第十九雌 實(shí)施例與第十四 實(shí)施例的不同之處在于，包括iS光介質(zhì)層3，，置在主 體lp的入射端11上用于支承主體lp、產(chǎn)生波導(dǎo)效果以及改變要通過該電磁波 傳播結(jié)構(gòu)傳播的電磁波的傳播特性。在該實(shí)施例中，該透光介質(zhì)層3由玻璃構(gòu) 成。
通il^莫擬可以^i正，第十九 實(shí)施例也可以實(shí)現(xiàn)將該電磁波聚焦為其尺 寸小于該電磁波的波長的一半的光斑的效果。
如圖33所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第二十優(yōu)選實(shí)施例與第一 雌實(shí)施例的不同之處在于，第二十雌實(shí)施例的主體In在出射端12u上進(jìn)一 步形成多個(gè)周期性分隔的凹槽13。每個(gè)凹槽13的內(nèi)部尺寸都不大于該電磁波 的波長的一半。此外，每對(duì)相鄰凹槽13之間的距離不大于該電磁波的波長。在 該實(shí)施例中，與波傳播通路2u空間連通的方式，分別布置其中兩個(gè)凹槽13， 以致每個(gè)波傳播通路2u的出射口22u的內(nèi)部尺寸都不小于相應(yīng)的每個(gè)波傳播通 路2u的內(nèi)部部分23u的內(nèi)部尺寸。此外，每個(gè)波傳播通路2u的內(nèi)部部分23u 的中心線平行于主體lu的中軸。在第一方向(x)，中心線與主體lu的中軸等距。此外，每個(gè)波傳播通路2u的出射口22n相對(duì)于該波傳播通路2u的相應(yīng)之 一的內(nèi)部部分23u的中心線)(^爾。設(shè)置^凹槽13的內(nèi)部尺寸和深度以及該凹 槽13中的相鄰凹槽之間的距離至少之一，以致該電磁波通過這兩個(gè)波〗專播fflS各 2u傳播后，從這兩個(gè)波傳播ffl^各2u出來的場(chǎng)在主體lu的中軸附近被疊加，而 且繼緣沿該中軸傳播，而且在該傳播過程中，育譴分布基本保持不變。換句話 說，形皿準(zhǔn)直光束，其發(fā)散角非常接近0。
同樣，禾鵬時(shí)域有限差分方法(FDTO)，對(duì)第二十 實(shí)施例進(jìn)行模擬。 對(duì)于第二十雌實(shí)施例，該模擬系統(tǒng)具有帶有4腦單位格子長度的Yee空間 點(diǎn)陣的600X600格子。原點(diǎn)位于索引(Ix， Iy) =(1500,2500)。該電磁波的波長 為633nm。主體lu的厚度(tlu)為240nm (即，主體lu的入射端11和出射 端12u分別位于(Iy=2520)和(Iy=2461))。旨波傳播M^各2u的寬度(wlu) 分別為40nm,而這兩個(gè)波傳播通路2u之間的距離(dlu)為440nm。每個(gè)凹 槽13的深度(t2u)為80nm，寬度(w2u)為240nm。此外，每對(duì)相鄰凹槽13 之間的距離(d3u)為240nm。此外，在該fil格系鄉(xiāng)li:，電磁波源位于(Iy=2900), 而該電磁波以減小的(Iy)值在第二方向(y)傳播。分別在第一方向(x)和
第三方向(Z)極化該電場(chǎng)和磁場(chǎng)，然后，將它們標(biāo)準(zhǔn)化為統(tǒng)一。為了將數(shù)值反
射(numerical reflection)禾口錯(cuò)誤降低到最小，圍敏體lu的中心，位于駐體 lu的上半部分的模擬系統(tǒng)的第一方向(x)的兩個(gè)邊界是周期性的，而將所有 其他邊界設(shè)置為完全匹配層吸收邊界條件(Perfectly Matched Layer Absorbing Boundaiy Condictions)。將該時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化為 波傳播 &2u傳播的電磁波的 周肌而且該模擬中的時(shí)間步長(dt)是0.004。
參考圖34，在時(shí)間=30.0時(shí)，在該電磁波通腿兩個(gè)波傳播鵬2u傳播 后，對(duì)于比該電磁波的波長大10倍的距離，在具有基本固定幅值的情況下，z 向磁場(chǎng)(Hz)離開主體lu的出射端12u繼續(xù)作為超準(zhǔn)直光束向下傳播。
如圖35所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第二十一 實(shí)施例與第 二十 實(shí)施例的不同之處在于，主體lv的入射端llv和出射端12u都形成了 凹槽13，以致^波傳播通路2v的入射口 2W和出射口 22u的內(nèi)部尺寸都不 小于相應(yīng)的波傳播通路2v之一的內(nèi)部部分23u的內(nèi)部尺寸。在該實(shí)施例中，在 第一方向(x)，相對(duì)于主體lv的縱軸，對(duì)稱布置入射端llv上的凹槽13和出 射端12u上的凹槽13
通過模擬可以^t正，禾,波傳播通路2v， aai體iv傳播后，在具有基
本固定幅值的情況下，該電磁波離開主體lv的出射端12u繼續(xù)作為超準(zhǔn)1^;束 向下傳播。此外，該電磁波通過第二十一，^例的波傳播自2v傳播后的 強(qiáng)度大于通過第二十優(yōu)選實(shí)施例的波傳播通路2u傳播后的強(qiáng)度。
在此，應(yīng)該注意，第二十和第二十一 實(shí)施例的電磁波傳播結(jié)構(gòu)也涉及 f頓介質(zhì)材料。例如，如圖36所示，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的第二十二 實(shí)施例進(jìn)一步包括透光介質(zhì)層3，其布置在主體lu的入射端11上用于支 承主體lu、產(chǎn)生波導(dǎo)效果以及改變要通過該電磁波傳播結(jié)構(gòu)傳播的電磁波的傳 播特性。在該實(shí)施例中，該透光介質(zhì)層3由玻璃構(gòu)成。
通過模擬可以驗(yàn)證，第二十二iW實(shí)施例可以與第二十,實(shí)施例實(shí)現(xiàn)相
同的效果，在第二十二雌實(shí)施例中，該電磁波經(jīng)迚波傳播鵬2u，通勝體 lu傳播后，在保持固定幅值的同時(shí)，該電磁波離開主體lu的出射端12u繼續(xù) 作為超準(zhǔn)直光束向下傳播。
匕應(yīng)該注意，旨波傳播通路2的入射口21、出射口22以及內(nèi)部部 分23的尺寸都是用于控制通過波傳播通路2傳播的電磁波的發(fā)散角和衍l^寺性 的因數(shù)。此外，在電磁波通過包括本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)傳播期間， 構(gòu)成主體1的材料以及存在介質(zhì)層3也影響該電磁波的纟艘變化。因此，可以 根據(jù)特定應(yīng)用的要求，調(diào)節(jié)和確定所有這些因數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最期望的效果。
參考圖37，本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)適合應(yīng)用于包括波皿模±央和波接收 模塊的電磁波傳播系統(tǒng)，具有某個(gè)波長的電磁波適合在波傳播方向從該波， 模塊傳播。在第一至第十九優(yōu)選實(shí)施例的電磁波傳播結(jié)構(gòu)設(shè)置在波^t模塊與 波接收?！姥胫g時(shí)，經(jīng)過波傳播 通過電磁波傳播結(jié)構(gòu)從波皿?！来虒２サ?波接收模塊的電磁波被聚焦為其光斑尺寸小于該電磁波的波長的一半的光斑。 另一方面，在第二十至第二十二 實(shí)施例的電磁波傳播結(jié)構(gòu)設(shè)置在波皿模 塊與波接收模塊之間時(shí)，經(jīng)過波傳播ffi^各通過電磁波傳播結(jié)構(gòu)從波皿模i^f專 播的電磁波繼續(xù)作為超準(zhǔn)直光束向波接收模塊傳播。
本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，可以將第一至第十九,實(shí)施例的電磁波 傳播結(jié)構(gòu)與波^lt模i，成在一起形a斑發(fā)生器，用于將電磁波聚焦為其光 斑尺寸小于該電磁波的波長的一半的光斑。同樣，可以將第二十至第二十二優(yōu) 選實(shí)施例的電磁波傳播結(jié)構(gòu)與波皿模±，成在一起，以形成光束發(fā)生器，用
于由電磁波產(chǎn)生超準(zhǔn)直光束。
;Xi:面的描述和模擬結(jié)果可以看出，根據(jù)本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)適合各 種應(yīng)用，例如，光學(xué)、半導(dǎo)體以及生物技術(shù)行業(yè)。本發(fā)明在光刻處理中的應(yīng)用 可以產(chǎn)生更精細(xì)、更精密的點(diǎn)、線和電路。此外，本發(fā)明提高了光學(xué)系統(tǒng)的分 辨率和精度，將光學(xué)系統(tǒng)與電路連接在一起，在生物醫(yī)學(xué)成像業(yè)，本發(fā)明可以
應(yīng)用于子波長高分辨率顯微鏡；本發(fā)明可以應(yīng)用于更精確檢測(cè)；改變并控制生 物、化學(xué)以及物理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特征和動(dòng)力學(xué)；在光存儲(chǔ)業(yè)，本發(fā)明產(chǎn)生并讀 取更小的光記錄點(diǎn)；本發(fā)明將光擠壓為其尺寸小于該光的波長的光路；等等。 本發(fā)明劍共的超準(zhǔn)直光束適合要求電磁波束在傳播期間沒有發(fā)散的應(yīng)用。此外， 本發(fā)明還可以使電磁波被聚焦后顯著發(fā)散，因此，適合例如在發(fā)光二極管中要 求擴(kuò)大視角的應(yīng)用。減小和增大子波長光場(chǎng)可以應(yīng)用于光學(xué)計(jì)算和控制。此外， 各種波長電磁波的選擇性可以應(yīng)用于濾波。
總之，利用時(shí)域有限差分(FDTD)方法可以驗(yàn)i正，本發(fā)明成功建立了一 種電磁波傳播結(jié)構(gòu)，該電磁波傳播結(jié)構(gòu)適合在電磁波通過其傳播后產(chǎn)生高強(qiáng)度 子波長聚焦光斑，而且它具有可以使該電磁波,衍射極限以減小該聚焦^%
尺寸的出射結(jié)構(gòu)，從而有效提高包括了本發(fā)明的電磁波傳播結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)的 微率和精度。
盡管結(jié)合最切實(shí)的 實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該明白，本發(fā)明并不 局限于所公開的實(shí)施例，應(yīng)該認(rèn)為，它包括落A^T泛解釋的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)的各 種布置，從而包括所有這^f彥改和等效布置。
權(quán)利要求
1.一種適合用在包括波發(fā)射模塊和波接收模塊的電磁波傳播系統(tǒng)中的電磁波傳播結(jié)構(gòu)，具有波長的電磁波由該波發(fā)射模塊適合在波傳播方向傳播，所述電磁波傳播結(jié)構(gòu)包括主體，其具有能夠阻止該電磁波傳播的表面，而且它包括入射端和在該波傳播方向相對(duì)所述入射端的出射端，所述主體形成有兩個(gè)波傳播通路，這兩個(gè)波傳播通路互相之間分隔一段距離，該距離不大于該電磁波的波長，每個(gè)所述波傳播通路從所述入射端延伸到所述出射端，和具有不大于該電磁波波長一半的內(nèi)部尺寸；以及其中，所述電磁波傳播結(jié)構(gòu)適合使電磁波通過所述波傳播通路從該波發(fā)射模塊向該波接收模塊傳播，以將它聚焦為光斑，該光斑的光斑尺寸小于該電磁波波長一半。
2. 根據(jù)權(quán)利要求i戶腿的電磁波傳播結(jié)構(gòu)，其中，戶;Mi條該波傳播方向限定中軸，每個(gè)所述波傳播通路在0M主體的所^A射瑞具有入射口，在所述主體的所述出射端具有出射口，和在所^A射口與出射口之間延伸的 內(nèi)部部分，該內(nèi)部部分限定平行于該中軸的中心線，而且其內(nèi)部尺寸不大于所^A射口的內(nèi)部尺寸，每個(gè)所述波傳播通路的所述出射口不相對(duì)于相應(yīng)的 所述波傳播通路之一的中心線對(duì)稱。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2戶艦的電磁波傳播結(jié)構(gòu)，其中，在該中心線附近，每 個(gè)所述波傳播鵬的所述出射口具有第一半部分和第二半部分，所述第一半 部分靠近所述主體的中軸，所述第二半部分遠(yuǎn)離該中軸，所述第一半部分的 尺寸大于所述第二半部分的尺寸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2戶脫的電磁波傳播結(jié)構(gòu)，其中，戶脫波傳播通路的所 述出射口互相直接空間連通。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1戶腿的電磁波傳播結(jié)構(gòu)，其中，戶脫主條該波傳播 方向確定中軸，每個(gè)所述波傳播通路確定從所述入射端向所述出射端，向該 中軸延伸到的中心線。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1戶腿的電磁波傳播結(jié)構(gòu)，其中，在所述出射端，戶艦主體進(jìn)一步形成有至少一個(gè)凹槽，該凹槽的內(nèi)部尺寸不大于該電磁波波長的 一半，而且它與所述波傳播通路之一分隔開的距離不大于該電磁波的波長。
7. 根據(jù)權(quán)禾腰求1戶腿的電磁波傳播結(jié)構(gòu)，其中，在戶雄出射端，戶腿 主體進(jìn)一步形成有多個(gè)凹槽，每個(gè)所述凹槽的內(nèi)部尺寸均不大于該電磁波波 長的一半，所述凹槽中相鄰凹槽互相分隔開的距離不大于該電磁波的波長。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1戶腿的電磁波傳播結(jié)構(gòu)，其中，在戶;f^A射端，所述 主體進(jìn)一步形成有至少一個(gè)凹槽，該凹槽的內(nèi)部尺寸不大于該電磁波的波長 的一半。
9. 根據(jù)權(quán)利要求i戶腿的電磁波傳播結(jié)構(gòu)，其中，在戶; MA射端，戶腿 主體進(jìn)一步形成有多個(gè)凹槽，#^所述凹槽的內(nèi)部尺寸均不大于該電磁波波 長的一半，所述凹槽中相鄰凹槽互相分隔開的距離不大于該電磁波的波長。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1戶脫的電磁波傳播結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括布置在戶腿主體的所述入射端上的透光介質(zhì)層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁波傳播結(jié)構(gòu)，其中，由提高該電磁波 透射的材料構(gòu)成的通路面確定每個(gè)所述波傳播通路。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11戶脫的電磁波傳播結(jié)構(gòu)，其中，戶滿波傳播鵬 的所述通路面是金屬制造的。
13. —種適合用在包括波發(fā)射,莫塊的電磁波傳播系統(tǒng)中的電磁波傳播 結(jié)構(gòu)，具有波長的電磁波從該波劃寸模塊適合在波傳播方向傳播，戶腿電磁波傳播結(jié)構(gòu)包括主體，其具有能夠卩l(xiāng)ih該電磁波傳播的表面，而且它包括入射端和在該 波傳播方向相對(duì)所^A射端的出射端，所述主體形成有兩個(gè)波傳播通路，這兩個(gè)波傳播通路互相之間分隔開的距離不大于該電磁波的波長，每個(gè)戶;M波傳播通路從所^A射端向所述出射端延伸，而且其內(nèi)部尺寸不大于該電磁波波長的一半；以及其中，戶; ^t條該波傳播方向確定中軸，每個(gè)戶腿波傳播通路在戶腿主體的所^A射端具有入射口，在所述主體的所述出射端具有出射口，和在所述入射口與出射口之間延伸的內(nèi)部部分，該內(nèi)部部分確定平行于該中軸的 中心線，而且其內(nèi)部尺寸不大于所述出射口的內(nèi)部尺寸，所述波傳播通路的 所述內(nèi)部部分相對(duì)于該中軸對(duì)稱，每個(gè)戶，波傳播通路的所述出射口相對(duì)于相應(yīng)的所述波傳播通路之一的中心線對(duì)稱；其中，在戶誠出射端上，所述主體進(jìn)一步形成有多個(gè)周期性布置的凹槽， 每個(gè)所述凹槽的內(nèi)部尺寸均不大于該電磁波的波長的一半，所述凹槽中相鄰 凹槽互相之間分隔開的距離不大于該電磁波的波長；以及其中，設(shè)置每個(gè)所述凹槽的內(nèi)部尺寸和深度以及阮述凹槽中相鄰凹槽之 間的距離中至少之一，這樣所述電磁波傳播結(jié)構(gòu)適合使電磁波通過所述波傳 播通路從該波皿模±央傳播，以在該中軸附近疊加并繼續(xù)作為超準(zhǔn)直光束傳 播。
14. 一種用于在波接收模塊將以波傳播方向從波發(fā)射模±央傳播的電磁 波聚焦為光斑的方法，該方^^括步驟在該波鄉(xiāng)模塊與該波接收?！姥胫g設(shè)置電磁波傳播結(jié)構(gòu)，該電磁波傳 播結(jié)構(gòu)包括主體，其具有倉辦阻止該電磁波傳播的表面，而且它包括入射 端和在該波傳播方向相對(duì)該入射端的出射端，該主體形成有兩個(gè)波傳播通路， 這兩個(gè)波傳播通路互相之間分隔開的距離不大于該電磁波的波長，每個(gè)波傳 播通路從該入射端向該出射端延伸，而且其內(nèi)部尺寸不大于該電磁波波長的 一半；以及其中，經(jīng)過該波傳播m，通過該電磁波傳播結(jié)構(gòu)從該波Mt模塊向該 波接收模塊傳播的電磁波被聚焦為光斑，該光斑的光斑尺寸小于該電磁波波 長一半。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14戶皿的方法，其中，該電磁波傳播結(jié)構(gòu)的主，該波傳播方向確定中軸，每個(gè)波傳播通路在該主體的入射端具有入射口，在 該主體的出射端具有出射口，和在該入射口與出射口之間延伸的內(nèi)部部分， 該內(nèi)部部分確定平行于該中軸的中心線，而且其內(nèi)部尺寸不大于該入射口的內(nèi)部尺寸，每4i^傳播通路的出射口不相對(duì)于相應(yīng)的該波傳播通路之一的中心線對(duì)稱。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，在該中心線附近，每個(gè)波傳 播通路的出射口分別具有第一半部分和第二半部分，該第一半部分靠近該主 體的中軸，該第二半部分遠(yuǎn)離該中軸，該第一半部分的尺寸大于該第二半部 分的尺寸。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15戶脫的方法，其中，該波傳播3I^各的出射口互相 直接空間M。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，該電磁波傳播結(jié)構(gòu)的主條 該波傳播方向確定中軸，每個(gè)波傳播通路確定從該入射端到該向出射端，向 著該中軸延伸的中心線。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14戶脫的方法，其中，在該出射端，該電磁波傳播 結(jié)構(gòu)的主體進(jìn)一步形成有至少一個(gè)凹槽，該凹槽的內(nèi)部尺寸不大于該電磁波 波長的一半，而且它與該波傳播通路之一分隔開的距離不大于該電磁波的波 長。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，在該出射端，該電磁波傳播 結(jié)構(gòu)的主體進(jìn)一步形成有多個(gè)凹槽，每個(gè)凹槽的內(nèi)部尺寸均不大于該電磁波 波長的一半，該凹槽中相鄰凹槽互相分隔開的距離不大于該電磁波的波長。
21. 根據(jù)權(quán)利要求14戶腿的方法，其中，在駄射端，該電磁波傳播 結(jié)構(gòu)的主體進(jìn)一步形成有至少一個(gè)凹槽，該凹槽的內(nèi)部尺寸不大于該電磁波 波長的一半。
22. 根據(jù)權(quán)利要求14戶滿的方法，其中，在i^A射端，該電磁波傳播 結(jié)構(gòu)的主體進(jìn)一步形成有多個(gè)凹槽，每個(gè)凹槽的內(nèi)部尺寸均不大于該電磁波波長的一半，該凹槽中相鄰凹槽互相分隔開的距離不大于該電磁波的波長。
23. 根據(jù)權(quán)禾腰求14戶腿的方法，其中，該電磁波傳播結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包 括布置在該主體的入射端上的透光介質(zhì)層。
24. —種用于由在波傳播方向從波^t模i^j專播的電磁波產(chǎn)生準(zhǔn)直光 束的方法，所述方法包括步驟樹共電磁波傳播結(jié)構(gòu)，該電磁波傳播結(jié)構(gòu)包括主體，其包括能夠P恥該電磁波傳播的表面，而且它包括入射端和在該波傳播方向相對(duì)該/^射端的 出射端，該主體形成有兩個(gè)波傳播通路，這兩個(gè)波傳播通路互相之間分隔開 的距離不大于該電磁波的波長，每個(gè)波傳播通路從該入射端延伸到該出射端，而且其內(nèi)部尺寸不大于該電磁波波長的一半；以及其中，該主1tt該波傳播方向確定中軸，每個(gè)波傳播通路在該主體的入 射端具有入射口，在該主體的出射端具有出射口，和在i!A射口與出射口之 間延伸的內(nèi)部部分，該內(nèi)部部分確定平行于該中軸的中心線，而且其內(nèi)部尺 寸不大于該入射口的內(nèi)部尺寸，該波傳播通路的內(nèi)部部分相對(duì)于該中軸X^爾，每^h波傳播通路的出射口相對(duì)于相應(yīng)的該、波傳播M^之一的中心線對(duì)稱；以 及其中，在該出射端，該主體進(jìn)一步形成有多個(gè)周期性布置的凹槽，每個(gè) 凹槽的內(nèi)部尺寸均不大于該電磁波波長的一半，該凹槽中相鄰凹槽互相分隔 開的距離不大于該電磁波的波長；以及其中，設(shè)置每個(gè)凹槽的內(nèi)部尺寸和深度以及該凹槽中相鄰凹槽之間的距 離中至少之一，這樣該電磁波傳播結(jié)構(gòu)使電磁波通過該波傳播通路從該波發(fā) 射?！来虒２ィ栽谠撝休S附近疊加并繼續(xù)作為超準(zhǔn)直光束傳播。
25.—種光斑發(fā)生器，包括波，模塊，具有波長的電磁波適合由此在波傳播方向傳播；以及 電磁波傳播結(jié)構(gòu)，包括主體，其具有能夠卩且止該電磁波傳播的表面， 而且它包括入射端和在該波傳播方向相對(duì)戶滿入射端的出射端，所勝體形 成有兩個(gè)波傳播通路，這兩個(gè)波傳播通路互相之間分隔開的距離不大于該電磁波的波長，每個(gè)戶脫波傳播通路從所駄射端延伸到所述出射端，而且其內(nèi)部尺寸不大于該電磁波波長的一半；以及其中，fM電磁波傳播結(jié)構(gòu)使電磁波通過戶誠波傳播鵬從戶艦波鄉(xiāng) 模土刺專播，以將它聚焦為光斑，該光斑的光斑尺寸小于該電磁波波長的一半。
26. —種光束發(fā)生器，包括波 模塊，具有波長的電磁波適合由此在波傳播方向傳播；以及 電磁波傳播結(jié)構(gòu)，包括主體，其具有倉灘ffiih該電磁波傳播的表面， 而且它包括入射端和在該波傳播方向相對(duì)所述入射端的出射端，所述主體形 成有兩個(gè)波傳播通路，這兩個(gè)波傳播通路互相之間分隔開的距離不大于該電 磁波的波長，每個(gè)戶皿波傳播通路M^^A射端延伸到所述出射端，而且其 內(nèi)部尺寸不大于該電磁波波長的一半；以及其中，戶脫電磁波傳播結(jié)構(gòu)的戶腿主條該波傳播方向確定中軸， 戶皿波傳播通路在所述主體的所述入射端具有入射口 ，在所述主體的所述出 射端具有出射口，和在所述入射口與出射口之間延伸的內(nèi)部部分，該內(nèi)部部分確定平行于該中軸的中心線，而且其內(nèi)部尺寸小于所述出射口的內(nèi)部尺寸，戶，波傳播通路的所述內(nèi)部部分相對(duì)于該中軸對(duì)稱，每個(gè)所i^波傳^W的所述出射口相對(duì)于相應(yīng)的所述波傳播通路之一的中心線對(duì)稱；其中，在所述出射端，所述電磁波傳播結(jié)構(gòu)的所述主體進(jìn)一歩形成有多 個(gè)周期性布置的凹槽，每個(gè)所述凹槽的內(nèi)部尺寸均不大于該電磁波波長的一 半，所述凹槽中相鄰凹槽互相分隔開的距離不大于該電磁波的波長；以及 其中，設(shè)置^胸丞凹槽的內(nèi)部尺寸和深度以及所述凹槽中相鄰凹槽之間的距離中至少之一，這樣所述電磁波傳播結(jié)構(gòu)使該電磁波aai所述波傳播通路從戶，波^lt模i^(專播，以在所述中軸附近疊加并繼續(xù)作為超準(zhǔn)直光束傳播。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電磁波傳播結(jié)構(gòu)，其包括主體，該主體具有能夠阻止該電磁波傳播的表面，該主體包括入射端和在該波傳播方向?qū)χ撊肷涠说某錾涠?。該主體形成了兩個(gè)波傳播通路，這兩個(gè)波傳播通路互相之間分隔開的距離不大于該電磁波的波長。每個(gè)波傳播通路均從該入射端延伸到該出射端，而且其內(nèi)部尺寸不大于該電磁波的波長的一半。該電磁波傳播結(jié)構(gòu)適合使電磁波通過該波傳播通路傳播，以將它聚焦為其光斑尺寸小于該電磁波的波長的一半的光斑。
文檔編號(hào)G02B27/00GK101359094SQ20081008700
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2008年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者陳寬任 申請(qǐng)人:陳寬任