[发明专利]一种激光束漂移实时探测与快速校正装置及方法

说明书

本发明公开了一种激光束漂移实时探测与快速校正装置及方法，该装置包括可调小孔、旋转反射镜、直角棱镜反射镜、纳米位移台、压电调节镜架、分束镜、透镜、位置探测器和控制器等部件；通过纳米位移台与直角棱镜反射镜的组合，实现光束位置漂移的独立调控，通过压电调节镜架实现光束指向角度的独立调控。本发明通过光束指向位置漂移与角度漂移的独立调控，避免了常规光束指向系统中的解耦操作，实现小型化、高精度、快速度的光束稳定控制。利用本发明装置调整得到的稳定光束，可以广泛用于超分辨显微成像系统和高精度激光直写光刻系统。

技术领域

本发明属于超精密光学测量与控制领域，尤其涉及一种激光束漂移实时探测与快速校正装置及方法。

背景技术

激光直写技术是一种通过改变聚焦位置从而控制激光束在光刻胶上直接曝光的光刻技术，主要用于三维纳米精度光学元件和投影曝光系统中掩膜版的制作，前者是现代多类先进科学技术的基础，后者是当下芯片制备的核心部件。

双光束超分辨激光直写纳米加工技术的出现，大幅突破了衍射极限（约200nm），获得了最优小于10nm的加工精度，为三维纳米结构加工技术及其应用提供了新的发展方向。由于目前对高精度、大面积光刻的需求日益增加，制作一个元件或者掩膜版常需要花费十几分钟甚至数个小时。在这个过程中，系统会受到外界机械的抖动、温度的变化、光源本身的抖动等因素引起聚焦光斑的漂移，几分钟之内就会漂移数百纳米，造成刻写的严重误差。目前采取的常规方法是被动防漂方法，即利用光学平台与温控系统来减弱环境因素对光斑漂移的影响，然而，在高精度、大面积光刻的发展趋势下，系统防漂能力的提升，是超分辨激光直写技术走向产业应用的必要前提。

目前的光束指向稳定系统基本依赖于一对位置探测器（或四象限探测器）的检测与一对二维快速控制反射镜的控制，如谷宗浩等（专利号为201820906888.9的中国专利）的一种激光束指向稳定系统。这类方法中角度偏移与位置偏移的检测与调整时，相互的串扰较大，位置信息解析精度低、反馈调控速度慢，并且由于压电材料的非线性、蠕动与迟滞特性，二维快速控制反射镜之间的距离往往要大于300mm，也就导致了设备体积较大，在多光束并行刻写中的运用尤其困难。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种小型化、高精度的激光束指向稳定装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种激光束漂移实时探测与快速校正装置，包括可调小孔、旋转反射镜、第一直角反射棱镜、第一纳米位移台、第二直角反射棱镜、第二纳米位移台，所述可调小孔、所述旋转反射镜与所述第一直角反射棱镜的中心位于同一线上，且水平高度相等；所述第一直角反射棱镜固定在所述第一纳米位移台上，可以沿着光束入射方向进行纳米移动；所述第二直角反射棱镜固定在所述第二纳米位移台上，可以沿着光束入射方向进行纳米移动；所述第一直角反射棱镜和所述第一纳米位移台对光束调控的方向与所述第二直角反射棱镜和所述第二纳米位移台调控的方向相对于光束入射平面相互垂直所述第一分束镜用透反比9:1的分束镜。

进一步的，所述第二直角反射棱镜出射方向上还包括压电调节镜架、第一分束镜、第二分束镜、第一凸透镜、第一光电感应器件、第二凸透镜、第三可调反射镜，凹透镜，第二光电感应器件，所述压电调节镜架与所述第一光电感应器件相对于所述第一凸透镜成物像关系，即光束在所述压电调节镜架上的图像在所述第一光电感应器件上为缩小的实像。

进一步的，所述第一分束镜用透反比9:1的分束镜，所述第二分束镜采用透反比1:1的分束镜。

进一步的，所述第二凸透镜和所述凹透镜组成远摄型系统，两者等效焦面与所述第二光电感应器件的探测面位于同一位置。

进一步的，所述第一光电感应器件和所述第二光电感应器件为位置探测器或四象限探测器。