[发明专利]一种双光束实时中心对准和稳定的装置和方法

说明书

本发明公开了一种双光束实时中心对准和稳定的装置和方法，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、角度压电调节镜架、二色镜、分束镜、透镜、位置探测器和控制器等部件。本发明可以对两束不同波长的激光束进行合束，确保光斑中心严格对准，并且对出射后的合束光进行光束稳定，在长时间工作中保持两束光的中心一直稳定在重合状态，实现小型化、高精度、快速度的合束光稳定控制。利用本发明装置调整得到稳定的合束光，可以广泛用于超分辨显微成像和高精度激光直写光刻等系统中。

技术领域

本发明属于超精密光学成像与刻写领域，尤其涉及一种双光束实时中心对准和稳定的装置和方法。

背景技术

随着技术的不断发展，多光束系统在超精密光学成像与刻写领域的运用日渐重要。在超分辨成像领域，为了突破衍射极限获得更高分辨率的图像信息，类似受激辐射损耗显微成像技术(STED)、可逆式饱和荧光跃迁技术(RESOLFT)、多色荧光显微技术等几种重要的超分辨成像技术都采用了多光束系统。这些系统中将几个不同波长的光束汇聚到样品上的同一个区域，并且在成像过程中，需要将不同光束汇聚点的中心进行严格对准，多光束的空间对准对于获得最佳分辨率至关重要。

对于超高精度激光刻写领域，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。其采用了类似STED的技术，将一个空心光斑与一个实心光斑同时作用于光刻胶，利用空心光斑的去交联作用，大幅压缩刻写尺寸。其中，两个光斑的对准精度与稳定度将直接影响刻写结果，是该技术推广产业应用的关键因素之一。

由于光学系统容易受到外界机械的抖动、温度的变化、光源本身的抖动等因素的影响，引起聚焦光斑的漂移，往往在几十分钟内漂移几十纳米的距离。特别是对超精密光学系统，当其精度需要达到10nm以下时，微小的干扰不仅对单光束本身造成抖动影响，也让光斑间相对距离发生变化，这些都会对结果造成严重的误差。而且成像系统在长时间工作中，内部器件也会受到应力而发生变化，造成光束的缓慢漂移，为了获得较好的成像效果，每次开启系统前也需要对其进行重新校正。

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，在更高精度的发展趋势下，系统防漂能力的提升，是超精密光学成像与刻写领域走向产业应用的必要前提。目前也存在一些主动防漂方法，即通过一对位置探测器(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对光束漂移进行实时校正，但都运用于单光束稳定系统，未能有效解决双光束系统中的实时中心对准和稳定难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种双光束实时中心对准和稳定的装置和方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种双光束实时中心对准和稳定的装置，包括第一直角反射棱镜、第二直角反射棱镜、第一角度调节镜架、二色镜、第一分束镜、第一凸透镜、第一光电感应器件、第二凸透镜、第一可调反射镜、第一凹透镜、第二光电感应器件、第二可调小孔、第三直角反射棱镜、第四直角反射棱镜、第二角度调节镜架、第二分束镜、第三分束镜、第三凸透镜、第三光电感应器件、第四凸透镜、第二可调反射镜、第二凹透镜和第四光电感应器件。

第一入射光束经过第一直角反射棱镜反射后入射到第二直角反射棱镜上，再向上反射到第一角度调节镜架上，然后经过二色镜分为第一反射光束与第一透射光束。

第二入射光束经过第三直角反射棱镜反射后入射到第四直角反射棱镜上，再向上反射到第二角度调节镜架上，随后经过第二分束镜分为第二反射光束与第二透射光束；第二反射光束再经过二色镜分为第三反射光束与第三透射光束。

二色镜出射的第一反射光束与第三透射光束合束后经过第一分束镜分为第一合束光与第二合束光；第一合束光经过第一凸透镜入射到第一光电感应器件上，第二合束光依次经过第二凸透镜、第一可调反射镜、第一凹透镜入射到第二光电感应器件上。