[发明专利]基于达曼光栅的激光直写装置

说明书

本发明涉及一种基于达曼光栅激光直写装置。将STED超分辨引入到达曼光栅激光直写光路部分，充分利用STED超分辨成像，将激发光和损耗光的两种空间分布的光斑进行重叠，重叠区域荧光被猝灭，因此只有中心区域很小范围内才能够辐射荧光，实现了超分辨成像，可以产生一个更小的聚焦光斑，从而提高刻写密度，能够实现高密度光栅的刻写。在此基础上利用达曼光栅，可以一次直写多条光栅栅线，提高激光直写的直写并行度。本装置适用于刻写高密度、高精度的大尺寸衍射光学元件。

技术领域

本发明涉及激光直写技术，特别是一种基于达曼光栅的激光直写装置。

背景技术

大尺寸衍射光栅在高功率激光、啁啾脉冲压缩技术中有着越来越多的应用，是光学系统和科学仪器如大型天文望远镜、惯性约束核聚变激光点火系统中的核心关键光学器件。制备大尺寸、高精度、满足高功率激光等应用的衍射光学元器件成为了现在急需解决的问题。微电子加工技术在衍射光学元件的制备领域已经取得了巨大的进展。激光直写技术作为微电子加工技术中的一类新兴技术，其发展受到了越来越多的关注，激光直写技术发展日趋成熟。激光直写技术是一种可以实现大面积和任意图案分布的低成本无掩模光刻技术。相比传统全息技术、电子束光刻技术，激光直写技术具有更高的灵活性、价格相对较低。且激光直写技术相对其他有掩膜光刻技术而言,不需要昂贵的掩膜版,降低了成本及损耗。

激光直写装置的进一步发展受到刻写速度和精度的影响及约束。现有技术中采用达曼光栅能够实现大面积光栅的制备，然而仅采用达曼光栅，可以提高直写速度，但是直写的精度仍受限于激光的瑞利分辨的衍射极限。为了提高大面积光栅的精度，我们需要在光束精度上进一步提高改进。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种基于达曼光栅的激光直写装置。基于上述目的，本发明至少提供如下技术方案：

基于达曼光栅的激光并行直写装置，其包括，

移动平台20，

达曼光栅激光直写光路以及自聚焦光路，其中，

所述达曼光栅激光直写光路包括激发光光源1以及损耗光光源3，激发光光源1及损耗光光源3输出的光束传输经过二色相镜5以及达曼光栅7之后聚焦于待刻写的光栅基片表面，激发光光源1与损耗光光源3的光斑重叠，形成超分辨的多束光点；

所述自聚焦光路包括红光激光器21，所述红光激光器21输出的光束经偏振分光棱镜15后，经由显微物镜18聚焦于待刻写的光栅基片表面，被所述待刻写的光栅基片反射后的光束经偏振分光棱镜15、柱面透镜组14之后，传输至四象限探测器13。

进一步的，所述激发光光源1输出光束方向设置有反射镜2，所述损耗光光源3输出光束方向设置有涡旋相位板4以及二色相镜5，在所述反射镜2的反射方向是二色相镜5，光束经过二色相镜5之后依次经过第一小孔光阑6、达曼光栅7、第一扩束透镜组9、第二小孔光阑10、反射镜11以及第二扩束透镜组12，经所述第二扩束透镜组12的光束经分光镜16后聚焦于待刻写的光栅基片表面。

进一步的，所述激发光光源1的光斑为艾里斑，所述损耗光光源3经过所述涡旋相位板4的空间调制以后形成甜甜圈状光斑。

进一步的，所述达曼光栅激光直写光路与所述自聚焦光路的焦点位置相同。

进一步的，所述激发光光源1、反射镜2、二色相镜5、损耗光光源3以及涡旋相位板4构成了受激辐射损耗(STED)超分辨光路。

进一步的，还包括控制系统，所述控制系统包括达曼光栅位置调整模块、平台位置调整模块、自聚焦模块以及光源控制模块。

进一步的，所述达曼光栅位置调整模块与高精密转台8连接，所述平台位置调整模块与移动平台20连接，自聚焦模块与四象限探测器13、压电陶瓷17连接，所述达曼光栅7放置于所述高精密转台8上，所述压电陶瓷17与显微物镜18连接。