1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
3 电子科技大学自动化工程学院，四川 成都 610054
缺陷检测是基于金属膜层激发表面等离子体进行超衍射加工前的重要工艺流程，但目前先进空白晶圆缺陷检测设备光源多位于深紫外波段，恰好在KrF等深紫外光刻胶的感光范围内，检测带有该光刻胶的晶圆表面时易导致光刻胶感光而改性失效。针对此问题，笔者提出并设计了一种基于可见光波段的激光偏振暗场检测装置。该装置利用晶圆表面顶层银膜的偏振转换特性，通过调控入射光的偏振态与入射角，使微粗糙银膜表面的弱散射光偏振态与膜层表面颗粒的散射光偏振态产生差异，然后利用偏振器件对来自银膜表面的散射光进行部分滤除，有效提高了颗粒信号的信噪比。实验结果表明：所设计的装置在不影响光刻胶的同时还可以减少金属膜层表面散射所带来的缺陷误检。在对百纳米级颗粒进行检测时，由于使用了激光照明及高灵敏度的sCMOS作为探测器件，本装置单次曝光时间仅为150 μs，是奥林巴斯公司基于白光的DSX1000暗场显微镜的4‰左右。通过抑制噪声，笔者采用该装置实测了均方根（RMS）粗糙度为3.4 nm的银膜表面上直径为61 nm的聚苯乙烯乳胶颗粒，结果显示，该装置在探测极限和探测效率上较DSX1000均有较大提升。
测量 光学检测 散射测量 表面粗糙度 偏振调控 纳米颗粒 信噪比 中国激光
2023, 50(22): 2204003
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院光电技术研究所矢量光场研究中心，四川 成都 610209
高阶贝塞尔光束能够携带轨道角动量，且具有无衍射特性，在粒子操控、激光微纳加工及非线性光学等领域具有重要应用价值。目前产生高阶贝塞尔光束的方式无法同时满足集成化和高功率场景的应用需求。基于飞秒激光诱导的双折射纳米光栅结构，提出一种高损伤阈值的集成化光场调控器件制备方法。通过调控纳米光栅的光轴方向和相位延迟量，在石英玻璃内部写入光轴取向空间变化的多层纳米光栅结构，制备的器件可以实现不同光场调控功能的叠加和不同工作波长的设计。基于所提方法制备了中心波长为532 nm、拓扑荷值为4的高阶贝塞尔光束产生器件。器件产生的高阶贝塞尔光束携带的轨道角动量与设计值相符，在4 m距离内光斑大小保持基本不变。器件的零几率激光损伤阈值为28.5 J/cm2（6 ns），在高功率激光光束整形等领域具有极大的应用潜力。
激光光场调控 高阶贝塞尔光束 集成化光学元件 飞秒激光 纳米光栅 激光损伤阈值 光学学报
2023, 43(13): 1326003
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 101408
3 天府兴隆湖实验室，四川 成都 610299
激光雷达技术因具有高精度、高分辨率和工作距离远等优点被广泛应用于三维成像。然而，受光学系统衍射极限的限制，激光雷达的空间分辨率随着目标距离的增大而显著降低。为解决上述问题，结合共聚焦照明技术和亚像素扫描技术，提出一种聚焦照明亚像素扫描光子计数激光雷达，并在实验室内进行了10 m成像实验。结果表明，相较于准直照明光束，采用共聚焦照明光束可将系统空间分辨率由5.0 mm提高到0.9 mm，不仅实现了超光学系统衍射极限成像，还有效降低了多重回波的影响，增强了回波强度。
光学设计 激光雷达 亚像素扫描 共聚焦照明 高分辨率
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
3 中国科学院光电技术研究所矢量光场研究中心，四川 成都 610209
得益于体积小、结构紧凑、易集成等优势，基于超构表面的微型光谱探测技术近年来被广泛研究。然而，现有基于超构表面的微型光谱探测系统设计过程中，通常缺乏对超构表面透射光谱相关性均值与重建质量的定量分析。现有设计过程中采用随机选择方法，无法保证重建质量最优。本文定量分析了超构表面透射光谱的相关性均值与重建质量的关系，提出了一种用于微型光谱探测的超构表面设计方法。此外，本文还验证了基于超构表面的微型光谱探测技术的光谱特性，相较于随机选择设计方法，本文所提出方法可提高宽带光谱和图像光谱的重建质量。
量化分析 超构表面 方法 微型光谱探测 quantitative analysis metasurfaces methodology miniature spectral detection
1 中国科学院光电技术研究所 微细加工光学技术国家重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学 光电学院，北京 100049
3 中国人民解放军军事科学院 国防科技创新研究院，北京 100071
偏振成像技术在目标探测、生物医学等领域具有重要应用价值，基于超构表面设计的偏振成像系统可以有效避免传统偏振成像系统存在的结构复杂、体积和质量大等问题，有利于实现光学系统微型化、轻量化和集成化。然而，传统超构表面设计方法忽略了超构表面结构的局部非周期性引起的近场电磁耦合，在大数值孔径的条件下会严重影响器件的衍射效率。为了解决这个问题，本文提出了一种基于边界优化的偏振复用超构透镜设计方法，并由此设计了一种能对x和y偏振光独立调控的大数值孔径(~0.94)偏振成像超构透镜。在基于人工择优初始结构的优化设计中，通过参数扫描、人工择优的传统设计方法得到超构透镜初始结构，然后通过边界优化方法对超构透镜进行进一步的优化，其衍射效率相比于优化前可以提高20%左右；在基于均匀阵列初始结构的优化设计中，通过20次左右的迭代，超构透镜衍射效率可以达到92%左右。本文提出的优化设计方法可有效提高偏振复用超构表面器件效率，并且能够简化多功能超构表面的设计步骤，在偏振成像、光通信等领域具有应用前景。
超构表面 伴随优化 边界优化 偏振成像 metasurface adjoint optimization boundary optimization polarization imaging
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
3 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，北京 100071
切趾在成像和光通信领域得到了重要的应用。传统的切趾方法基于相位或者振幅调制，存在工作带宽窄或者分辨力低的问题。本文提出了一种宽带消色差的超表面滤波器，可以在不损失空间分辨力的情况下实现切趾成像。通过该滤波器在整个可见光波段完成了几乎无色散的相位调制。仿真结果表明，超表面滤波器的聚焦效率是相位滤波器的两倍；其成像对比度可以提升至高斯滤波器的三倍。通过我们的方法，在400 nm到700 nm的可见光波段内，点扩散函数的旁瓣能被压缩到10-5数量级，同时能够实现衍射极限甚至超衍射的分辨力。
切趾 宽带 无色散 超表面 apodization broadband dispersionless metasurface
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室，四川 成都 610209
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
3 中国科学院大学光电学院，北京 100049中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，北京 100071
超透镜是超表面在成像领域中具有较大应用潜力的平面光学器件，但限于色差和较窄的工作带宽，通常难以应用于彩色成像及显示技术。本文设计了一种相位调控型透射式超透镜，实现了400 nm～650 nm波段的宽带消色差聚焦功能，带宽范围内焦平面处的平均聚焦效率约为29%。该方法利用具有低损耗、高折射率优势的二氧化钛(TiO2)介质柱结构，在可见光波段内获得了类似截断波导产生的传输相位响应。同时分析了几何相位和传输相位相结合的色散调控机制，并使用粒子群算法对构建的相位响应仿真数据库进行优化，完成了实际波面与理想聚焦波面的相位匹配。设计的宽带消色差器件有望在显微成像、计算机视觉和机器视觉等领域发挥作用。
超透镜 可见光 消色差 宽带 metalens visible achromatic broadband
1 中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室，四川成都 610209
2 中国科学院大学光电学院，北京 100049
3 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，北京 100071
光子自旋 —轨道相互作用是经典光学所忽略的重要现象，近年来研究发现该现象可通过人工亚波长结构显著增强并进行按需调控。传统超构表面仅支持对称光子自旋 —轨道相互作用，存在共轭对称性限制，难以将不同自旋态用于多功能集成、复杂光场调控、信息加密及存储等领域。非对称光子自旋 —轨道相互作用能够使左右旋圆偏振光解耦，为突破上述理论和应用限制带来新契机。本文首先介绍了非对称光子自旋 —轨道相互作用的原理及实现方法，其次介绍非对称光子自旋 —轨道相互作用的代表性应用以及特点，最后对非对称光子自旋 —轨道相互作用研究面临的挑战和未来的研究方向进行展望。
超构表面 光子自旋—轨道相互作用 轨道角动量 metasurface photonic spin-orbit interaction orbital angular momentum optical catenary
1 中国科学院微细加工光学技术国家重点实验室，成都60209；中国科学院光电技术研究所，成都61009；中国科学院大学，北京100049
2 中国科学院微细加工光学技术国家重点实验室，成都60209；中国科学院光电技术研究所，成都61009
为实现在表面等离子体光刻机中对掩模与基片间的间隙测量，提出一种基于白光干涉测量技术的掩模?基片间隙测量方法，并设计了以ZYNQ芯片为核心的信号处理系统。以ZYNQ芯片的片上ARM用作参数设定、驱动控制以及前端显示，以可编程逻辑资源用于实现光谱数据的小波处理和互相关解调。系统以分布并行结构运行，大大提高了测量速度，并实现了对掩模?基片间隙的实时测量。最后为了确定测量精度，搭建了激光干涉仪精度测试平台。测试实验表明，间隙测量的重复测量精度为4.4 nm，位移测量精度为6.7 nm，满足间隙测量性能稳定和精度高等要求。
间隙测量 白光干涉 ZYNQ芯片 互相关算法 gap measurement white light interference ZYNQ chip cross-correlation algorithm
