[發明專利]基于旋轉達曼光柵的多路并行激光直寫裝置和方法

有效

• 申請號: 201310613255.0
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103676499A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 周常河;黃巍;麻健勇;朱鋒;劉昆;李樹斌;王津
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G02B5/18
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及激光直寫裝置，特別是一種基于旋轉達曼光柵的多路并行激光直寫裝置和方法。

背景技術

現代社會進入了納米微加工時代。微納米加工技術對于光電子產業發展的巨大推動作用，成為各國政府、科學界以及企業界高度重視的領域，目前已經在全世界范圍內形成了一個微納米光學的研究高潮。

光柵作為微納光學器件的典型代表，已廣泛應用于國防、科研和國民經濟的許多領域。隨著大功率激光器在宇宙探測，精密加工和軍事航天上面的逐漸應用，作為其必須關鍵器件的大面積衍射光柵成為制約高功率激光裝置廣泛應用的關鍵技術之一。應用于實驗研究和工業生產中，但國內的激光直寫技術和工藝水平與國外相差巨大，遠不能滿足國家高技術領域的實際需求，急需開展激光直寫光刻系統和相關材料、原理和工藝的研究。微納米加工技術在微電子、集成光學（DOEs）、微機電系統（MEMs）、光磁存儲器、生物芯片傳感器、納米電子學、能量轉換與儲存器件、光子晶體、光通訊都有廣泛的應用。目前，國外的激光直寫技術發展迅速，甚至有部分已經投入產品生產中；但是在國內，激光直寫技術的研究才剛剛起步，雖然國內某些研究所已經研究出了一些激光直寫裝置，但是無論從刻寫速度還是刻寫面積來看都不盡如人意。

針對制作大尺寸光柵，在先前的專利“用激光直寫裝置制造光柵的方法”（公開號CN1424594A）提出了用一種激光直寫系統來刻寫光柵，解決了非周期光柵刻寫的問題，但未解決光柵刻寫速度慢的缺點；此后范永濤的“激光直寫裝置”（申請號201110042855.7）“光柵高速直寫裝置”（申請號201110148471.3）一定程度上加快了直寫的速度，但是單點刻寫的速度仍然無法完全滿足大光柵制造的速度要求；然后曹武剛等人的“多光束激光并行直寫光柵的裝置以及光柵直寫的方法”（申請號201110188988.5）以及朱鋒的“多光束并行激光直寫裝置及其直寫方法”（201210112339.1）通過達曼光柵分束實現了并行直寫，刻寫速度上有重大的突破。然而僅僅利用一維達曼光柵進行分束，并沒有充分利用達曼光柵進行極大的提速，為了刻寫大面積光柵，我們需要在刻寫速度上進一步改進。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于旋轉達曼光柵的多路并行激光直寫裝置和方法，該裝置充分利用達曼光柵分束的特點，可實現并行直寫光柵；通過旋轉一維達曼光柵，來實現變周期刻寫光柵；通過旋轉二維達曼光柵，能上千倍地提高刻寫速度，從而實現更高效更快速的刻寫。本裝置適用于刻寫大面積高密度的光柵。

本發明的技術解決方案如下：

一種基于旋轉達曼光柵的多路并行激光直寫裝置，特點在于該裝置包括激光刻寫光路、自聚焦模塊和電子控制模塊；

所述的激光刻寫光路依次包括405nm藍光激光器、小孔光闌、闊束透鏡組、裝有達曼光柵的精密轉臺、闊束透鏡、漸變折射濾波片、闊束透鏡、反射鏡、光譜分光鏡、顯微物鏡，光束經過顯微物鏡后聚焦在水平調平臺上的待刻寫的光柵模板上；

所述的自聚焦模塊包括紅光光纖激光器、偏振分光棱鏡、四分之一波片、光譜分光鏡、濾光片、透鏡、柱面透鏡和四象限探測器，所述的紅光光纖激光器輸出的激光經偏振分光棱鏡反射后經四分之一波片由線偏振光變成圓偏振光，經過光譜分光鏡、顯微物鏡后照射在水平調平臺上的待刻寫光柵模板上，被待刻寫光柵模板反射后的信號光沿原光路返回，經所述的四分之一波片變成與原光束偏振方向垂直的線偏振光，后透過所述的偏振分光棱鏡、濾光片、透鏡、柱面透鏡由所述的四象限探測器采集信號；

所述的電子控制模塊包括計算機及計算機控制的壓電陶瓷、精密移動平臺，所述的水調平臺置于所述的精密移動平臺上，所述的計算機的輸入端與所述的四象限探測器的輸出端相連。

利用所述的旋轉達曼光柵多路并行激光直寫裝置進行光柵直寫的方法，包括以下步驟：

①根據要刻寫的光柵的周期和面積大小，計算出達曼光柵旋轉的角度，并用裝有達曼光柵的精密轉臺將達曼光柵旋轉到所述的達曼光柵旋轉的角度；

②在計算機軟件上設置好相應的參數：精密移動平臺移動的速度、自聚焦模塊的目標離焦誤差信號值；

③在藍光激光器的光束被擋住的情況下，在水調平臺上放置待刻寫的光柵模板，并通過自聚焦模塊鎖定焦點；

④讓刻寫光路保持通暢，并同時開啟所述的精密移動平臺，開始刻寫光柵；

⑤待刻寫完畢，經過顯影、去鉻、刻蝕來得到光柵成品。主要包括激光刻寫光路，自聚焦模塊和電子控制模塊。

本發明的技術效果：