本發(fā)明涉及一種微球透鏡聚焦元件的制備方法，具體涉及一種微納結(jié)構(gòu)微球透鏡聚焦元件的制備方法。

背景技術(shù)：

光學(xué)聚焦系統(tǒng)研究是光學(xué)研究的熱點之一，廣泛應(yīng)用于光學(xué)顯微、光學(xué)加工、光學(xué)微操縱、光學(xué)成像、光電測量、光化學(xué)、光學(xué)編碼、光學(xué)照明、熒光激發(fā)、光電檢測等領(lǐng)域，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

聚焦元件則是光學(xué)聚焦系統(tǒng)中的核心部件。例如在光學(xué)顯微領(lǐng)域中，為了達到理想光束聚焦，得到小的聚焦光斑，多種技術(shù)被提出和實現(xiàn)，包括提高聚光系統(tǒng)數(shù)值孔徑、減小工作光波長，這在聚光光學(xué)系統(tǒng)中已經(jīng)達到了很廣的應(yīng)用，為了進一步提高光學(xué)聚焦行為，需要新技術(shù)對應(yīng)的新聚焦光學(xué)元件出現(xiàn)。

在先技術(shù)中，存在一種用于實現(xiàn)光束聚焦微球透鏡元件，E.McLeod and C.B.Arnold(E.McLeod and C.B.Arnold,“Subwavelength direct-write nanopatterning using 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 virtual imaging at 50nm lateral resolution with a white-light nanoscope,”Nat.Commun.2,218(2011))等人提出了一種用于光束聚焦的微球透鏡元件，盡管該光束聚焦的微球透鏡元件具有一定的優(yōu)點，但是仍有不足之處，具體如下：(1)采用的微球透鏡工作原理就是利用光束與透鏡的光學(xué)傳播行為，在幾何光學(xué)范疇內(nèi)的光束折射反射等行為，在波動光學(xué)范疇內(nèi)的球面界面對光波的作用，本質(zhì)上不能發(fā)揮波前相位對光束聚焦的優(yōu)化作用。(2)光場本質(zhì)上具有矢量特性，矢量特性可以顯著影響光束聚焦程度和行為，兩篇論文中的微球透鏡元件無法實現(xiàn)矢量光束轉(zhuǎn)換和優(yōu)化，無法實現(xiàn)單一器件矢量光束微球透鏡聚焦。(3)本質(zhì)上存在光束聚焦行為極限，兩篇論文中的微球透鏡元件無法發(fā)揮出光束聚焦行為中突破極限工作原理，功能和性能可擴充性不強。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種方法簡單、可實現(xiàn)波前相位對光束聚焦優(yōu)化、可實現(xiàn)矢量光束微球透鏡聚焦以及功能性能可擴充性強的微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件的制備方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供了一種微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一，將相位調(diào)制膜層設(shè)置在偏振敏感薄膜上，組成復(fù)合層薄膜；步驟二，將復(fù)合層薄膜上的相位調(diào)制膜層加工成波前相位調(diào)控微納結(jié)構(gòu)；步驟三，將加工后的復(fù)合層薄膜覆蓋在微球透鏡的上方；步驟四，在微球透鏡的下方設(shè)置剛性基板，對剛性基板施加作用力后，使加工后的復(fù)合層薄膜包覆在微球透鏡上，撤離剛性基板得到微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件。

在本發(fā)明提供的微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件的制備方法中，還可以具有這樣的特征：其中，在步驟一中，偏振敏感薄膜為高分子材料偏振敏感薄膜、微納結(jié)構(gòu)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種。

在本發(fā)明提供的微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件的制備方法中，還可以具有這樣的特征：其中，在步驟一中，相位調(diào)制膜層設(shè)置在偏振薄膜上的方法為膠合、旋涂、鍍膜以及沉積中的任意一種。

在本發(fā)明提供的微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件的制備方法中，還可以具有這樣的特征：其中，在步驟二中，相位調(diào)制膜層加工成波前相位調(diào)控微納結(jié)構(gòu)的加工方法為光刻、離子束刻蝕、激光直寫以及納米壓印中的任意一種。

在本發(fā)明提供的微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件的制備方法中，還可以具有這樣的特征：其中，在步驟三中，微球透鏡為直徑30μm的二氧化硅微球。

在本發(fā)明提供的微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件的制備方法中，還可以具有這樣的特征：其中，步驟四的具體過程為：在微球透鏡的下方設(shè)置剛性基板，并在復(fù)合層薄膜的上方設(shè)置有柔性材料作為受力支撐，在剛性基板對微球透鏡施加作用力后，復(fù)合層薄膜發(fā)生形變并包裹在微球透鏡上。

在本發(fā)明提供的微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件的制備方法中，還可以具有這樣的特征：其中，柔性材料為彈性橡膠、彈性硅膠、彈性海綿以及彈性樹脂中的任意一種。

發(fā)明的作用與效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及的微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件的制備方法，因為在復(fù)合層薄膜上的相位調(diào)制膜層設(shè)置有波前相位調(diào)控微納結(jié)構(gòu)，這樣可以利用波前相位對光束聚焦的調(diào)控效應(yīng)，實現(xiàn)波前相位對光束聚焦的優(yōu)化。在對微球透鏡的下方的剛性基板施加作用力后，加工后的復(fù)合層薄膜能夠包裹在微球透鏡上，這樣，加工后的復(fù)合層薄膜在作用力下發(fā)生形變過程中微納結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，構(gòu)成了依附于微球透鏡表面的矢量光場轉(zhuǎn)換膜層，改變的入射光矢量特性，實現(xiàn)了矢量光束微球透鏡聚焦。因此，本發(fā)明的微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件的制備方法不僅制備方法簡單、容易實現(xiàn)，而且功能性能可擴充性強、實現(xiàn)了波前相位對光束聚焦的優(yōu)化、實現(xiàn)了矢量光束微球透鏡聚焦。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施例中微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件的制備方法的流程示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，以下實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明的微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件的制備方法作具體闡述。

圖1是本發(fā)明的實施例中微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件的制備方法的流程示意圖。

如圖1所示，本實施例的微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件的制備方法包括以下步驟：

步驟一S1，將相位調(diào)制膜層2膠合在微納結(jié)構(gòu)偏振敏感薄膜1上，組成復(fù)合層薄膜。此外，微納結(jié)構(gòu)偏振敏感薄膜1還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；相位調(diào)制膜層2設(shè)置在微納結(jié)構(gòu)偏振敏感薄膜上的方法還可以采用旋涂、鍍膜以及沉積中的任意一種。

步驟二S2，將復(fù)合層薄膜中的相位調(diào)制膜層2采用光刻的方法加工成波前相位調(diào)控微納結(jié)構(gòu)。此外，復(fù)合層薄膜中的相位調(diào)制膜層加工成波前相位調(diào)控微納結(jié)構(gòu)的加工方法還可采用離子束刻蝕、激光直寫以及納米壓印中的任意一種。

步驟三S3，將加工后的復(fù)合層薄膜覆蓋在直徑為30μm的二氧化硅微球3的上方。

步驟四S4，在二氧化硅微球透鏡3的下方設(shè)置剛性基板4，并在復(fù)合層薄膜的上方設(shè)置柔性材料作為受力支撐，對剛性基板4施加作用力后，剛性基板4對二氧化硅微球3具有作用力，使復(fù)合層薄膜發(fā)生形變并包裹在二氧化硅微球3上，撤離剛性基板4得到微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件。在本實施例中，柔性材料為彈性橡膠。此外，柔性材料還可以為彈性硅膠、彈性海綿以及彈性樹脂中的任意一種

實施例的作用與效果

根據(jù)本實施例所涉及的微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件的制備方法，因為在復(fù)合層薄膜上的相位調(diào)制膜層設(shè)置有波前相位調(diào)控微納結(jié)構(gòu)，這樣可以利用波前相位對光束聚焦的調(diào)控效應(yīng)，實現(xiàn)波前相位對光束聚焦的優(yōu)化。在對二氧化硅微球透鏡的下方的剛性基板施加作用力后，加工后的復(fù)合層薄膜能夠包裹在二氧化硅微球透鏡上，這樣，加工后的復(fù)合層薄膜在作用力下發(fā)生形變過程中微納結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，構(gòu)成了依附于二氧化硅微球透鏡表面的矢量光場轉(zhuǎn)換膜層，改變的入射光矢量特性，實現(xiàn)了矢量光束微球透鏡聚焦。因此，本實施例的微納結(jié)構(gòu)調(diào)制微球透鏡聚焦元件的制備方法不僅制備方法簡單、容易實現(xiàn)，而且功能性能可擴充性強、實現(xiàn)了波前相位對光束聚焦的優(yōu)化、實現(xiàn)了矢量光束微球透鏡聚焦。

上述實施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例，并不用來限制本發(fā)明的保護范圍。