[发明专利]一种基于超透镜阵列的激光并行直写装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于超透镜阵列的激光并行直写装置及方法，将超透镜阵列置于直写光路中，充分利用超透镜的超分辨成像，使得在超透镜的下表面及其近场范围内的距离可以形成高分辨的图像，缩小聚焦的光斑尺寸，从而提高刻写密度，能够实现高密度光栅的刻写。利用超透镜阵列，可以形成多点光斑，即一次直写多条光栅栅线，提高激光直写装置的直写并行度。本发明适用于刻写高密度、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，特别是一种基于超透镜阵列的激光并行直写装置及方法。

背景技术

大尺寸、高密度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。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。激光直写是一种无掩模光刻技术，利用强度调制的聚焦激光光斑在涂有感光材料的基片表面进行二维扫描光刻，通过显影生成需要的掩模图形。激光直写技术近些年越来越多地被应用于加工掩模、微纳光学器件等领域，激光直写技术发展日趋成熟。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、价格相对较低的优点，相对其他有掩膜光刻技术而言，激光直写技术不需要昂贵的掩膜版，降低了成本及损耗。

激光直写技术一般采用可见光波段作为直写光源，直写光斑尺寸受到光学衍射分辨极限的限制。2006年英国Berry和Popescu教授提出了超震荡理论(0.38λ/NA)，在理论上证明了特殊设计的光栅结构可在远场实现超衍射极限的聚焦，且不需要倏逝波的参与，该结构称之为超透镜。为了进一步提高直写分辨率，突破衍射极限，急需设计一种新型超分辨的激光直写技术。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于超透镜阵列的激光并行直写装置，适用于刻写高密度、高精度的大尺寸衍射光学元件。

本发明的第二目的在于提供一种基于超透镜阵列的激光并行直写方法，可提高刻写密度和直写效率，实现大尺寸、高密度光栅的刻写。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：

一种基于超透镜阵列的激光并行直写装置，包括，

移动平台(9)，用于放置光栅基片；

激光直写光路组件，其中，

所述激光直写光路组件包括蓝光激光光源(1)、透镜(2)、小孔(3)、透镜(4)、超透镜阵列(6)和显微镜(7)，蓝光激光光源(1)输出的光束依次经过透镜(2)、小孔(3)、透镜(4)准直扩束，再入射到超透镜阵列(6)上，最后由显微镜(7)聚焦于移动平台上待刻写的光栅基片表面。

优选的，所述超透镜阵列为超临界透镜阵列。

更进一步的，所述超临界透镜阵列为平面衍射透镜阵列。

优选的，所述超透镜阵列(6)放置于转台(5)上。

更进一步的，还包括控制系统，所述控制系统连接并控制蓝光激光光源(1)、转台(5)以及移动平台(9)。

更进一步的，所述控制系统具有超透镜旋转控制模块、平台位置调整模块、光源控制模块，所述超透镜旋转控制模块用于控制转台(5)的转动；所述平台位置调整模块用于控制移动平台(9)的精密移动；所述光源控制模块用于控制蓝光激光光源(1)的功率。

更进一步的，控制系统为计算机(10)。

更进一步的，移动平台(9)上设置有样品微调台(8)，所述光栅基片放置于所述样品微调台(8)上。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：

一种基于超透镜阵列的激光并行直写方法，步骤如下：