[發明專利]相位全息與近場光學顯微鏡聯用制備裝置及其應用方法

無效

• 申請號: 201110147443.X
• 申請日: 2011-06-02
• 公開（公告）號: CN102279556A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 謝向生;王自鑫;周建英;張培晴
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G03H1/12
• 分類號: G03H1/12;G02B6/122
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 禹小明

技術領域

本發明涉及全息光刻領域和掃描探針顯微技術領域，具體涉及相位全息與近場光學顯微鏡聯用制備裝置及其應用方法。?

背景技術

半導體被公認為20世紀最重要的發明，在此基礎上，微電子、電子、計算機、互聯網等已成為現代人生活中必不可少的工具。在半導體及大規模集成電路（ASIC）設計和制造中，光刻技術是一項必不可少的重要技術，它以尺寸小，規模大，成本低，效率高，品質好的優點成為很多工藝的首選。隨著小型化技術革命的進行，光刻技術一直保持著足夠的競爭力，符合Moore定理，將尺度不斷做小，規模不斷擴大。?

但是，隨著尺寸的不斷縮小，半導體的瓶頸逐漸出現——散熱問題。尺寸，運算速度及散熱的要求，令科學家一直在尋求新的器件。1987年，?S.?John提出了光子晶體的概念，由此，在世界范圍內掀起了一股光子晶體及微納光子器件理論和制備的研究熱潮，各種光功能器件，濾波器，甚至光集成電路和納米光子系統都被設計出來。但是，具體樣品的制備，特別是功能性光子晶體的大規模生產技術，至今仍沒有很好的解決方案。

當前的微納光子器件制備方法主要有以下幾類：（1）化學自組織生長法，（2）逐點微加工法、（3）光學全息印刷法與（4）多步驟組合法。這些方法各有優缺點，其中，光學全息印刷法具有無缺陷，大體積，成本低，效率高，品質好的優點，借助光刻中小型化革命的關鍵技術，國內外多個科研院所與大專院校在全息印刷制備的理論與實驗研究方面也取得了一些優異成果[8-11]，但是全息制造法僅僅局限于簡單的周期微納結構的材料制備。隨著加工步驟的不斷增多，加工成本更高，精確度也隨之下降。對于意義更為重大的功能性微納光子器件的制備，當前尚無簡單實用的制備方法。

近場掃描光學顯微鏡（NSOM）是掃描探針顯微鏡的一種，它由激光器和探針構成“局域光源”，由帶有超微動裝置的“掃描平臺”和由顯微物鏡等構成的“光學放大系統”三部分組成。近場顯微鏡用納米局域光源在納米尺度的近場距離照明樣品，來自樣品的局域光信號由顯微物鏡放大并經過光電接收器接收。NSOM用掃描技術使局域光源逐點網格狀照明樣品，然后由光電接收器接收這些光信號，再借助計算機把來自樣品各點的局域光信號構畫出樣品的圖像。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術中的上述缺點和不足，提供一種結構簡單、成本較低、容易實現的相位全息與近場光學顯微鏡聯用制備裝置及其應用方法。?

本發明通過以下技術方案予以實現的：

相位全息與近場光學顯微鏡聯用制備裝置及其應用方法，所述裝置包括處理模塊、全息相控模塊和近場光學顯微鏡；

所述全息相控模塊中激光通過濾波并擴束后分成多束單獨的子光束，采用純相位液晶空間光調制器對每一束光進行相位控制，最后各束子光束通過棱鏡重疊在一起，形成周期的光場分布。使用該裝置制作樣品時，由于所有光都經過相同的光學元件，因此可以有效地消除因光學元件和光學平臺震動對樣品制備產生的影響。周期光場作用于光聚合材料（感光材料），便可以制備光子晶體模板。其中隨著棱鏡的替換和子光束的相位控制，可以得到不同的周期結構。為了合成出所需的2D與3D空間光場分布，在進行光場合成前需要開展數字模擬分析。

所述全息相控模塊用于形成周期全息光場和獲取近場顯微鏡的探針在周期全息光場所形成的布拉伐晶格中的相對位置；

所述近場光學顯微鏡用于掃描周期全息光場分布，并根據所述全息光場分布對樣品進行加工；

所述處理模塊用于讀取以及處理周期全息光場分布和探針在周期全息光場所形成的布拉伐晶格中的相對位置圖像，并通過預設軟件對近場光學顯微鏡和全息相控模塊進行控制。

所述近場光學顯微鏡的載物平臺為壓電平移臺。

所述全息相控模塊采用純相位液晶空間光調制器、棱鏡和多通道電壓驅動器，所述多通道電壓驅動器用于驅動所述空間光調制器。

一種基于相位全息與近場光學顯微鏡聯用制備功能性光子晶體的方法，包括處理模塊、全息相控模塊和近場光學顯微鏡，所述方法包括以下步驟：

1）通過全息相控模塊形成樣品的周期全息光場；

2）通過近場光學顯微鏡的探針，移動近場光學顯微鏡的載物平臺掃描所述周期全息光場干涉條紋的空間分布，然后處理模塊讀取該空間分布圖；

3）根據所述空間分布圖，打開近場探針的激光，近場光學顯微鏡的載物平臺平移樣品，對需要加工的地方，實現缺陷的加工。