一种基于万束独立可控激光点阵产生的并行直写装置的制作方法

技术特征：
1.一种基于万束独立可控激光点阵产生的并行直写装置，包含两路光，分别采用不同波长的飞秒激光源，即第一光源（1）和第二光源（2），其特征在于：所述第一光源（1）经过第一半波片（3）和第一偏振分束器pbs（4）分为光束一和光束二，所述第二光源（2）经过第二半波片（5）和第二偏振分束器pbs（6）分为光束三和光束四，四束光随后分别进入光路一、光路二、光路三和光路四，四个光路结构完全相同：包括按光前进方向依次设置的第一反射镜（7）、数字微镜阵列dmd（8）、第一凸透镜（9）、第二凸透镜（10）、第二反射镜（11）、微透镜阵列（12）、第三反射镜（13）、第四反射镜（14）和第一套筒透镜（15），四个光路分别将四束光转化为千束独立可控的激光点阵，即点阵一、点阵二、点阵三和点阵四，点阵一和点阵二通过第三偏振分束器pbs（16）进行合束，合束后通过第二套筒透镜（18）入射到第一二向色镜（20）上，点阵三和点阵四通过第四偏振分束棱镜pbs（17）进行合束，合束后通过第三套筒透镜（19）入射到第一二向色镜（20），第一二向色镜（20）通过对点阵一和点阵二的反射以及对点阵三和点阵四的透射实现四个点阵的合束，四个点阵合束后再依次通过第四套筒透镜（21）、第二二向色镜（22）和物镜（23），并最终成像到物镜（23）的焦面上拼接形成万束激光点阵，结合位移台（24）的移动实现三维复杂结构的高通量刻写，产生的荧光依次经过物镜（23）、第二二向色镜（22）反射和第三凸透镜（25）成像到ccd（26）上。2.根据权利要求1所述的一种基于万束独立可控激光点阵产生的并行直写装置，其特征在于：所述第一光源（1）和第二光源（2）为波长相差几个纳米的两个飞秒光源，存在光刻胶使它们同时照射发生聚合反应，除波长差异外，两光源的脉宽、功率、重频、光斑口径等其他参数完全一致。3.根据权利要求1所述的一种基于万束独立可控激光点阵产生的并行直写装置，其特征在于：所述的第一半波片（3）和第一偏振分束器pbs（4）将第一光源（1）分为偏振方向互相垂直且能量相等的光束一和光束二，所述的第二半波片（5）和第二偏振分束器pbs（6）将第二光源（2）分为偏振方向互相垂直且能量相等的光束三和光束四。4.根据权利要求1所述的一种基于万束独立可控激光点阵产生的并行直写装置，其特征在于：所述的四个光路用于产生千束独立可控激光点阵，具体如下：光束经过第一反射镜（7）调节光入射数字微镜阵列dmd（8）的角度，使光垂直于数字微镜阵列dmd（8）窗口出射，数字微镜阵列dmd（8）用于对入射光斑进行振幅调制，具体为通过数字微镜阵列dmd（8）微镜开关控制对数字微镜阵列dmd（8）像素进行分区，使划分成m
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n个子阵列，子阵列内的微镜处于开状态，各子阵列间的微镜处于关状态，无法沿所需方向反射出光，入射激光通过数字微镜阵列dmd（8）的这种振幅调制后被划分成m
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n光斑阵列，一个子阵列对应一个子光斑，从数字微镜阵列dmd（8）出射的m
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n光斑阵列依次经过第一凸透镜（9）和第二凸透镜（10）组成的4f系统、第二反射镜（11），成像到微透镜阵列mla（12）上，对数字微镜阵列dmd（8）微镜状态分布和成像系统进行合理设计，使入射到微透镜阵列mla（12）的子光斑口径不大于微透镜阵列mla（12）微透镜尺寸，同时保证各子光斑的分布周期与mla（12）各微透镜的周期基本一致，m
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n光斑阵列最终与微透镜阵列mla（12）的n
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n微透镜在空间上一一重合，并在微透镜阵列mla（12）焦平面上形成m
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n焦点阵列。5.根据权利要求1所述的一种基于万束独立可控激光点阵产生的并行直写装置，其特征在于：所述数字微镜阵列dmd（8）包含m
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n个子阵列，每个子阵列包含m
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m个微镜，且对应一个子光斑，对m
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m个微镜进行独立“开”与“关”的状态切换，实现各子光斑的强度、开关及
光斑能量分布的独立控制，其实现方式具体为：将m
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m个微镜全部切换到“关”状态，即实现相应子光斑的关闭；某子光斑相比于其他子光斑的强度过高，关闭该子光斑所对应m
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m个微镜的部分外围微镜，单独降低其光斑能量；当子光斑本身的能量分布不均，在m
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m个微镜中均匀地关闭光斑能量过大区域所对应的部分微镜，使子光斑该区域的能量降低，匀化该子光斑的能量分布。6.根据权利要求1所述的一种基于万束独立可控激光点阵产生的并行直写装置，其特征在于：所述的点阵一和点阵二通过第三偏振分束器pbs（16）进行合束，合束后一起经过第二套筒透镜（18）；点阵三和点阵四通过第四偏振分束棱镜pbs（17）进行合束，合束后一起经过第三套筒透镜（19）；第一二向色镜（20）对光源（1）的波长反射，对第二光源（2）的波长透射；点阵一和点阵二所在光路的两个第一套筒透镜（15）都分别和第二套筒透镜（18）组成4f系统，使点阵一和点阵二合束并经第一二向色镜（2）反射后，成像到第四套筒透镜（21）的前焦面；合束后的点阵三和点阵四经第一二向色镜（20）透射再与点阵一和点阵二进行合束，点阵三和点阵四所在光路的两个第一套筒透镜（15）都分别和第三套筒透镜（19）组成4f系统，点阵三和点阵四分别通过该4f系统成像到第四套筒透镜（21）的前焦面；最后通过第四套筒透镜（21）和物镜（23）组成的成像系统将第四套筒透镜（21）前焦面的四个点阵都成像在物镜（23）的焦面上；点阵一和点阵二、点阵三和点阵四除在偏振方向互相垂直外其他参数，如强度、周期、阵列尺寸等，完全相同，点阵一和点阵三、点阵二和点阵四除波长相差几个纳米外其他参数，如强度、周期、阵列尺寸等，完全相同。7.根据权利要求1所述的一种基于万束独立可控激光点阵产生的并行直写装置，其特征在于：所述的第三反射镜（13）和第四反射镜（14）用于调节点阵的空间位置，使点阵二和点阵一在x方向上错开1/2个点阵周期，点阵三和点阵一在y方向错开1/2个点阵周期，点阵四和点阵一在x方向和y方向都错开1/2个点阵周期，最终四个点阵在物镜（23）焦面上以上述空间分布方式拼接形成万束点阵，该点阵的周期为点阵一周期的1/2，且点阵各子光斑的强度、开关、能量分布独立可控。

技术总结
本发明公开了一种基于万束独立可控激光点阵产生的并行直写装置，装置主要包含四个相同光路，每个光路包含核心元件数字微镜阵列DMD和微透镜阵列MLA，用于产生千束独立可控刻写点阵，光路中DMD将有效像素区域等分成M


技术研发人员：匡翠方 杨顺华 孙秋媛 丁晨良 魏震 刘锡 刘旭
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2021.09.24
技术公布日：2022/2/7