光学技术获科技部973计划A类项目立项

2013-07-10 admin1 660

近日,为贯彻落实《国家“十二五”科学和技术发展规划》,加强面向国家战略需求的基础研究,根据专家论证结果,经研究,中华人民共和国科学技术部决定批准国家重点基础研究发展计划(以下简称973计划,含重大科学研究计划)“波的衍射极限关键科学问题研究”、“超强激光驱动粒子加速及其重要应用”、“与硅技术融合的石墨烯类材料及其器件的研究”、“冰冻圈变化及其影响研究”和“半导体相变存储器”5个A类项目立项。

这批A类项目将于2013年7月启动实施。科技部请各有关单位按照973计划管理办法和经费管理办法要求,认真做好新立项项目的组织实施工作,以及终止项目的结题验收工作。

其中,波的衍射极限关键科学问题研究项目编号是2013CBA01700,项目依托部门为中国科学院,项目第一承担单位是中国科学院光电技术研究所,项目首席科学家为罗先刚。

中科院院士干福熹:突破衍射极限的研究待加强

“目前,信息技术已经进入纳米时代,其中纳米光学和光子学的发展尤为重要,例如在纳米光刻、纳米成像和纳米信息存储等信息技术中,都有很重要的应用。”

在2011年于上海举行的以“突破光学衍射极限的机制及应用”为主题的第188期东方科技论坛上,中科院院士干福熹在题为《突破光学衍射极限,发展纳米光学和光子学》的主题报告中指出,纳米光学和光子学器件的最小特征尺寸和加工分辨率,都受限于光的衍射极限。“因此,只有突破光的衍射极限,才能进一步发展纳米光学和光子学。”

据介绍,光的衍射极限常常被看做基本的物理障碍。一个理想光点经过光学系统成像,由于瑞利衍射的限制,不可能得到理想像点,而是一个夫琅禾费衍射点。这样,每个物点的衍射点就像一个弥散斑,两个弥散斑靠近后不好区分,限制了系统的分辨率,这个斑越大,分辨率就越低。

干福熹介绍:“使用更短的波长和采用更大的数值孔径,是缩小衍射点的传统办法。”

现在短波长激光器和大数值的孔径透镜,都已接近目前技术所能达到的极限,并且成本很高。例如,一台深紫外浸没式光刻机的价格达两三千万美元,因此传统技术路线已面临巨大挑战。

对此,干福熹提出了新的研究思路,即通过探索超分辨光学超精密加工的新原理、新办法、新材料和新工艺,利用波长稍长的光波和数值孔径较小的透镜来减小衍射点。

“通过两种或以上超分辨技术的结合,在激光与材料相互作用中实现超分辨率,也是一个重要的突破途径。”在阐述研究思路的同时,干福熹强调:“我国对于突破衍射极限的超分辨技术的研究投入还不够大。而美国国会在2009年就提出,21世纪光学的五大研究计划之首就是突破衍射极限,实现λ/20的光斑直径。我国却没有这方面的规划。”

同时,他强调,国外一些大企业也非常重视对衍射极限的突破,投入了大量经费进行相关研究。因为他们知道,一旦对衍射极限进行了突破,在信息存储等领域将带来大变革,获得很大的经济效益。

“相对来说,我国这方面的技术大多是引进的,几乎被国外知识产权所包围。”干福熹呼吁,我国应有创新性思想,若总是跟在别人后面走,很难有所突破。

一、中国科学院光电技术研究所

光电所始建于1970年,是中国科学院在西南地区规模最大的研究所。建所以来,光电所在自适应光学、光束控制、微纳光学等领域取得了多项重大成就,先后取得包括国家科技进步特等奖在内的500余项科技成果,申请专利500余件,授权专利180余件,发表论文4200余篇。

光电所主要研究领域及学科方向包括:光电跟踪测量、光束控制、自适应光学、天文目标光电观测与识别、先进光学制造、航空航天光电设备、微纳光学及微电子光学、生物医学光学等。

光电所建有微细加工光学技术国家重点实验室、中国科学院光束控制重点实验室、中国科学院自适应光学重点实验室等9个创新研究室,以及中科院成都几何量及光电精密机械测试实验室;还建有精密机械制造、先进光学研制、轻量化镜坯研制、光学工程总体集成、质量检测等5个研制中心,以及制造保障中心、科技信息中心等2个技术保障中心。目前承担有国家863、973、自然科学基金、部委重大重点项目及企业委托开发项目研究,研究水平居国内领先或国际先进。

建所40多年来,光电所向社会输送光、机、电、算等学科硕士、博士研究生数千名,目前设有“光学工程”博士后流动站;“光学工程”、“信息与通信工程”(下设二级学科“信号与信息处理”)、“测试计量技术及仪器”等3个博士学位培养点;“光学”、“机械制造及其自动化”、“光学工程”、“精密仪器及机械”、“测试计量技术及仪器”、“物理电子学”、“信号与信息处理”、“检测技术及自动化装置”和“计算机应用技术”等9个学术型硕士学位培养点 (涵盖8个一级学科);“机械工程”、“光学工程”、“仪器仪表工程”、“电子与通信工程”、“控制工程”、“计算机技术”等6个全日制专业硕士学位培养点。在读研究生300余人。

其部分科研成果如:高效激光倍频装置、脉冲激光线性材料光子晶体倍频器、双棱角反射微棱镜列阵实现面阵半导体激光整形的方法、一种连续光束线性材料光子晶体倍频器、光子晶体变频装置及一种新型光学系统穿轴对心方法等达到了国际先进水平。

如今的中国科学院,共拥有12个分院、100家直属研究机构、100多个国家级重点实验室和工程中心以及200余个野外观测台站,全院科研人员达5万余人,构建了较为合理的学科布局,科技创新能力明显提高,高水平的创新成果不断涌现;建设了立足本院、服务社会的科技支撑体系,创办了以联想为代表的高技术企业,推动了科技成果产业化迅速发展;初步走出了一条适合中国国情建设现代国家研究院所的新路子,推动我国科技体制改革进入了以建设中国特色国家创新体系为中心的新阶段,促进了全社会创新意识的大幅提升,在国际科技界也产生了重要影响。

在新的历史时期,中国科学院作为国家战略科技力量,将致力解决关系国家全局和长远发展的基础性、战略性、前瞻性的重大科技问题,致力培养适应国家发展要求的高水平科技创新与创业人才,致力促进科技成果转移转化与规模产业化,致力发挥国家科学思想库作用,致力提升中国科学技术国际竞争力,引领我国自主创新和科技进步,支撑我国科学发展与和谐发展。

二、罗先刚

罗先刚博士,研究员,博士生导师,中科院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室主任,所学术委员会委员,所学位委员会委员。国家杰出青年科学基金获得者。2004年中科院“百人计划”入选者,国家973项目首席科学家,四川省科技青年联合会第四届理事会副主席。2009年入选由人力资源和社会保障部、科学技术部、教育部等七部门联合评选的 “新世纪百千万人才工程”国家级人选。先后参加和主持完成了包括国家重大科学基础研究、中国科学院院长基金、中科院知识创新、 国家自然科学基金等项目在内的多项国家级课题的研究工作以及国际合作研究课题。主要研究方向包括微纳光刻技术,表面等离子体光学,亚波长人工结构材料和器件,仿生光子器件及系统等方面等方面。发表SCI收录论文100余篇,研究成果获四川省科技进步一等奖2项。

主要研究成果:

1、提出并实验验证了SP(Surface Plasmon)超分辨成像光刻的原理和方法。通过研究表面等离子体短波长传输、倏逝波耦合放大现象,建立了SP超衍射材料的数理模型;提出了具有超衍射功能的成像器件的设计方法,完成了缩小倍率SP成像器件光刻实验验证,在365nm波长下获得了40nm线宽光刻结果;针对SP光刻焦深浅、对比度低的问题,建立了高深宽比SP光刻辅助工艺,获得深宽比3:1、陡直度80°的结果。此项研究成果被SCIENCE综述文章列为近年来表面等离子体激元学的五个方向之一。所提出的光刻方法被REVIEWS OF MODERN PHYSICS综述文章认为是“替代复杂而昂贵的传统光刻的可行途径之一”。

2、提出在亚波长尺度下调控电磁波位相的思路,给出了亚波长结构电磁功能器件的设计原理和方法,设计出一系列波长量级尺寸、高数值孔径、高折光能力、亚波长分辨力的亚波长结构电磁器件。完成了方向系数高达1020的亚波长结构天线。通过对SP金属结构温度特性研究,在100K到50K低温范围内,提高了轻量化成像系统的成像质量。此项研究成果获2010年四川省科技进步奖一等奖。

3、在国际上首次提出将表面等离子体引入到光学、光刻领域,克服了传统成像光刻中由于形象等离子波,提出将表面等离子体波引入到光学光刻领域,克服了传统成像光刻中由于携带物理细节高频信息,随着空间距离的延伸,由于衰减,而无法参与成像过程的局限性,成功地突破了演示局限,建立了一条远射极限的新的光学光刻技术路线,表面等离子体光学光科,这一成果受到了国际科技界和企业界的重视,并评价为突破22纳米以下,甚至10纳米光刻节点,提供一种全新的可能的技术手段。

4、罗发现了纳米双控干涉与经典样式双控干涉存在着不同的分布,并且发现适当的改变纳米缝合孔的大小不仅能够精确有效突破演示极限的传播,并且能够调制表面离子波的微像,甚至还能够通过改变磁辐射单元之间的距离,从而形成新的表面等电子波的辐射面,利用这些发现,发展了不同波段的高分辨率轻量化光学成像技术,成功解决了天线和成像观测领域分辨能力受系统口径限制的传统技术瓶颈,为高分辨率、轻小型探测系统的发展提供了重要的技术基础,对国防和信息领域产生了重大的应用成果。

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