光学系统和光学加工设备的制作方法

本申请涉及激光加工，特别地，涉及一种光学系统和光学加工设备。

背景技术：

1、随着科技的发展，激光加工技术早已渗透到现代生活的方方面面，从我们使用的电子产品到医疗健康，再到日常消费品，它的出现极大地提升了我们生活的质量、便利性和安全性。

2、特别地，激光加工技术对于光刻技术的发展起到了不可或缺的作用。由于掩模版的制造成本高，在使用过程中需要使用多个掩模版，利用数字微镜阵列可以动态生成数字掩模版，来替代传统掩模版的作用并降低成本。通过激光技工技术有利于提高了掩膜版制备的灵活性、制备效率和个性化定制需求。

3、然而，由于激光器持续输出高能量激光，样品表面的热积累效应显著，极易导致样品的表面产生热影响区、熔融再凝固甚至微裂纹等热损伤，严重制约了在高精度、热敏感材料（如半导体元器件、柔性聚合物等）上的加工质量和精度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种光学系统和光学加工设备，旨在解决当前激光加工技术制备的非掩模版制造的精度难以提高的问题。

2、第一方面，本申请一实施例提供一种光学系统，其包括光源模块、偏振调制模块、微镜阵列和物镜组件。光源模块用于输出飞秒激光脉冲。偏振调制模块用于接收并将飞秒激光脉冲的偏振态调制为圆偏振态。微镜阵列用于接收并对圆偏振态的飞秒激光脉冲进行空间调制，以生成不同的图案。物镜组件用于接收并将图案聚焦到样品的表面。

3、作为一种可能的实现方式，光学系统还包括光束整形模块，光束整形模块用于接收并将圆偏振态的飞秒激光脉冲的能量重新分配，以获得能量分布均匀的飞秒激光脉冲，并且能量分布均匀的飞秒激光脉冲经过微镜阵列和物镜组件后，照射到样品的表面。

4、作为一种可能的实现方式，光学系统还包括空间滤波-扩束组件，空间滤波-扩束组件用于过滤圆偏振态的飞秒激光脉冲的杂散光，并对过滤后的飞秒激光脉冲的直径进行扩束，以使扩束后的飞秒激光脉冲经过光束整形模块、微镜阵列和物镜组件后，照射到样品的表面。

5、作为一种可能的实现方式，空间滤波-扩束组件依次包括第一透镜、针孔滤波器和第二透镜，第一透镜的后焦面和第二透镜的前焦面的位置重合，针孔滤波器位于，第一透镜的后焦面的位置，并且，第二透镜的焦距大于第一透镜的焦距。

6、作为一种可能的实现方式，偏振调制模块包括电光调制器。

7、作为一种可能的实现方式，物镜组件包括管镜和物镜，管镜的前焦平面与物镜的后焦平面是光学共轭的关系。

8、作为一种可能的实现方式，光学系统还包括图像传感器，图像传感器与物镜组件同轴设置，用于观察样品表面的图案。

9、作为一种可能的实现方式，光学系统还包括第一透镜、针孔滤波器和第二透镜、非球面镜匀化器、管镜和物镜。第一透镜的后焦面和第二透镜的前焦面的位置重合，针孔滤波器位于，第一透镜的后焦面的位置，并且，第二透镜的焦距大于第一透镜的焦距。管镜的前焦平面与物镜的后焦平面是光学共轭的关系。飞秒激光脉冲先后经过电光调制器、第一透镜、针孔滤波器、第二透镜后、非球面镜匀化器、微镜阵列、管镜和物镜后，聚焦到样品的表面。

10、第二方面，本申请一实施例提供一种光学加工设备，其包括如上述中的光学系统和控制器。基于控制指令，控制器用于控制光源模块，以输出飞秒激光脉冲，并使飞秒激光脉冲的偏振态调整为圆偏振态的飞秒激光脉冲，以使圆偏振态的飞秒激光脉冲经过微镜阵列，生成不同的图案，以聚焦到样品的表面。控制器还用于控制图像传感器，以观察到样品表面的图案。

11、作为一种可能的实现方式，光学加工设备还包括位移台，样品设置于位移台上，以使图案聚焦到样品的表面。控制器还用于控制位移台，以带动样品移动。

12、这样一来，光源模块输出线偏振态的飞秒激光脉冲（即线偏振光）s0，线偏振态的飞秒激光脉冲s0经过偏振调制模块后，调制为圆偏振态的飞秒激光脉冲（即圆偏振光）s1，随后圆偏振光经过微镜阵列30后可以获得不同的（掩模）图案，最后经过物镜组件40将图案聚焦到样品m的表面，生成特定的图案。如此，经过偏振调制模块的飞秒激光脉冲在各个方向具有相同的偏振状态，这使得在激光加工过程中，样品m的不同位置的吸收率和工作效率是一致的，从而有利于提高加工的质量和效果。而且，微镜阵列对于偏振态较为敏感，这样设计，还有利于避免因偏振导致的能量损失和不均匀性，有利于进一步提高加工的均匀性和加工精度。

13、此外，飞秒激光脉冲和微镜阵列的协同作用，形成了无掩膜动态直写系统，一方面利用飞秒激光脉冲可以实现纳米级加工精度，微镜阵列可以作为“数字掩模”，实时控制每个微镜的工作状态，从而实时生成不同的图案，有助于降低物理掩模制备的高成本，提高掩模制备的效率，还有利于满足个性化定制需求，提高掩模制备的灵活性，从而有利于快速迭代设计。此外，通过精确地控制每个微镜反射到样品m上每个像素点的激光能量，还有利于实现一次性曝光形成复杂的三维的图案，而无需分层扫描。而且，由于微镜阵列是一种纯固态的电子器件，相对于微机电系统（mems工艺）而言本申请没有机械运动部件，从而有利于提高响应速度和使用寿命。

1.一种光学系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光学系统，所述光学系统还包括光束整形模块，所述光束整形模块用于接收并将所述圆偏振态的飞秒激光脉冲的能量重新分配，以获得能量分布均匀的飞秒激光脉冲，并且所述能量分布均匀的飞秒激光脉冲经过所述微镜阵列和所述物镜组件后，照射到所述样品的表面。

3.根据权利要求2所述的光学系统，所述光学系统还包括空间滤波-扩束组件，所述空间滤波-扩束组件用于过滤所述圆偏振态的飞秒激光脉冲的杂散光，并对过滤后的飞秒激光脉冲的直径进行扩束，以使扩束后的飞秒激光脉冲经过所述光束整形模块、所述微镜阵列和所述物镜组件后，照射到所述样品的表面。

4.根据权利要求3所述的光学系统，所述空间滤波-扩束组件依次包括第一透镜、针孔滤波器和第二透镜，所述第一透镜的后焦面和所述第二透镜的前焦面的位置重合，所述针孔滤波器位于所述第一透镜的后焦面的位置，并且，所述第二透镜的焦距大于所述第一透镜的焦距。

5.根据权利要求1所述的光学系统，所述偏振调制模块包括电光调制器。

6.根据权利要求1所述的光学系统，所述物镜组件包括管镜和物镜，所述管镜的前焦平面与所述物镜的后焦平面是光学共轭的关系。

7.根据权利要求1所述的光学系统，所述光学系统还包括图像传感器，所述图像传感器与所述物镜组件同轴设置，用于观察所述样品表面的图案。

8.根据权利要求5所述的光学系统，所述光学系统还包括第一透镜、针孔滤波器和第二透镜、非球面镜匀化器、管镜和物镜；

9.一种光学加工设备，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的光学系统和控制器，

10.根据权利要求9所述的光学加工设备，所述光学加工设备还包括位移台，所述样品设置于所述位移台上，以使所述图案聚焦到样品的表面；