摘要: 高深宽比微纳结构在众多领域得到了广泛的应用，因此如何实现高深宽比微纳结构的加工制备至关重要。对于普通的微纳结构来说，光刻技术是制备该类元件的首选。经过不断的发展，纳米压印光刻技术、投影光刻技术、激光直写技术等光刻技术已经被广泛的应... 展开 高深宽比微纳结构在众多领域得到了广泛的应用，因此如何实现高深宽比微纳结构的加工制备至关重要。对于普通的微纳结构来说，光刻技术是制备该类元件的首选。经过不断的发展，纳米压印光刻技术、投影光刻技术、激光直写技术等光刻技术已经被广泛的应用于微纳结构的制备。其中激光直写技术凭借其加工的多样性和灵活性，成为了制备高深宽比微纳结构的首选。然而，在激光直写技术中，直写光斑的光束质量直接决定着所能制备的结构。但在聚焦系统中，聚焦光斑大小和焦深是相互制约的关系，难以同时满足亚波长大小和极长焦深的要求。因此，利用传统的聚焦光斑难以制备高深宽比的微纳结构。那么如何突破传统理论的限制，设计并获得一种可以兼具高分辨和长焦深的光针结构聚焦光斑，成为高深宽比微纳结构的直写加工中亟需解决的问题。 矢量光场因为具有偏振态非均匀分布的特点，经过透镜聚焦后往往会伴随一些新颖的光学现象产生。本文通过对矢量光场的聚焦特性进行研究，提供了一种基于矢量光场产生高深宽比纳米光针的方案并进行了实验验证。在研究中，首先通过对比分析证明了角向偏振光在产生长焦深聚焦光斑方面的优越性。进一步的，分析了入射光场分布和聚焦透镜数值孔径对聚焦光斑的影响，并给出了理论公式作为指导。在此基础上，初步建立了基于角向偏振光产生长焦深纳米光针的模型，并对所设计的模型进行了详细的设计和优化。优化中，针对光针结构难以表征的问题，采用100倍的显微放大系统和压电陶瓷位移台相结合的方案来获取聚焦光斑大小和焦深的信息，进而获得了聚焦光斑的三维结构参数。针对系统中存在的衍射现象，采用特殊设计的软边光阑对系统进行了优化。最终，通过实验对理论进行验证。实验中使用所设计的系统来聚焦角向偏振涡旋环形光束，产生了光斑大小为0.416λ，焦深为15.6λ的纳米光针，证明了使用角向偏振光产生长焦深纳米光针的可行性和优越性。 收起