[發(fā)明專利]一種超衍射極限焦斑陣列生成裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910853722.4
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110568731B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝翔;劉鑫;匡翠方;劉旭;李海峰
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué);之江實驗室
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G02B21/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

本發(fā)明公開了一種超衍射極限焦斑陣列生成裝置。該裝置使激發(fā)光束或交聯(lián)光束經(jīng)過相位調(diào)制，從而在樣品面產(chǎn)生實心焦斑陣列；使淬滅光束或去交聯(lián)光束經(jīng)過相位調(diào)制，從而在樣品面產(chǎn)生空心焦斑陣列，并使這兩個焦斑陣列對準(zhǔn)，最終在樣品面上產(chǎn)生超衍射極限的焦斑陣列。上述過程由于是通過相位調(diào)制的方式產(chǎn)生焦斑陣列，所以生成的焦斑數(shù)量可以為任意多個，從而實現(xiàn)高通量的超分辨成像與激光直寫，與已有的方法相比，本發(fā)明所公開的系統(tǒng)可以進(jìn)行高速并行超分辨成像與激光直寫。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)工程領(lǐng)域，具體是涉及一種超衍射極限焦斑陣列生成裝置。

背景技術(shù)

對于光學(xué)曝光或者說光刻技術(shù)而言，其可以實現(xiàn)極高精度的納米刻蝕，借助極紫外光源最高可實現(xiàn)5nm的加工精度，光刻技術(shù)較高的產(chǎn)率也使其可以滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用到半導(dǎo)體器件和集成電路產(chǎn)業(yè)之中。但是，目前的光刻技術(shù)必須依賴光學(xué)掩模板和真空的制造環(huán)境，且完整的納米制造光刻機(jī)的成本與復(fù)雜程度極高。電子束曝光技術(shù)，借助波長極短的電子波，可以在無需掩模板的情況下實現(xiàn)納米量級的加工精度，在光學(xué)掩模板和納米器件的制備等方面發(fā)揮了不可替代的作用。但是，電子束曝光裝置價格昂貴且加工速度慢，無法實現(xiàn)大面積制備和工業(yè)應(yīng)用。同時，電子束同樣必須在真空中加工，對于生物樣品等很多樣品就無法應(yīng)用。對于激光直寫特別是飛秒激光直寫技術(shù)而言，它相對于傳統(tǒng)的光刻技術(shù)有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)。首先，由于飛秒激光直寫多采用近紅外波段的波長，激光束可以低損耗的聚焦到材料內(nèi)部進(jìn)行掃描直寫，故而具有本征的真三維加工制造能力，且適用于多種材料的加工制造。而且，作為激光直寫技術(shù)，其不需要掩模板和真空加工環(huán)境，因此具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。但是，由于激光直寫技術(shù)通過聚焦光斑對樣品材料進(jìn)行作用，聚焦斑受到光學(xué)衍射極限限制，其最小尺度約為光波長的一半，因而加工精度受限。而且，單光束激光直寫系統(tǒng)加工速度較慢，達(dá)不到實際生產(chǎn)和應(yīng)用的要求。

受激輻射淬滅(STED)顯微技術(shù)主要是通過使用一個空心的淬滅焦斑覆蓋在衍射受限的激發(fā)焦斑上，使得焦斑外圈被激發(fā)的熒光分子在還沒有發(fā)出熒光時以受激輻射的方式瞬間回到基態(tài)，而焦斑中心被激發(fā)的熒光分子正常發(fā)出的熒光被作為有效信號接收，從而獲得遠(yuǎn)超衍射極限的分辨率。但是受激輻射淬滅顯微技術(shù)是以對樣品的單點(diǎn)掃描的方式成像，因此其成像的時間分辨率很低，這對大視場范圍的成像產(chǎn)生了很大的限制，同時其淬滅光的光強(qiáng)較高，易造成樣品的光漂白。

對于激光直寫系統(tǒng)，直接決定其加工精度的就是聚焦光斑的尺寸，尺寸越小，加工精度越高。直接決定其加工速度的就是光束的數(shù)量，目前雖有較高精度的雙光束激光直寫，但是其加工速度仍然較慢。同時，對于超分辨顯微成像，焦斑數(shù)量也直接決定了其成像速度。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種超衍射極限焦斑陣列生成裝置，通過使用受激輻射光淬滅技術(shù)，同時在生成焦斑陣列的情況下，保證焦斑陣列單個焦斑的尺寸小于衍射極限。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種超衍射極限焦斑陣列生成裝置，包括：

第一光源模塊、第一反射鏡、第一光調(diào)制模塊、第一透鏡、第二透鏡、第二反射鏡、第二光源模塊、第三反射鏡、第二光調(diào)制模塊、第三透鏡、第四透鏡、第一二色鏡、第一振鏡、第二振鏡、掃描透鏡、第五透鏡和第二二色鏡；

第一光源模塊發(fā)出準(zhǔn)直左旋圓偏振光，經(jīng)第一反射鏡入射到第一光調(diào)制模塊，經(jīng)其相位調(diào)制后，再經(jīng)第一透鏡、第二透鏡、第二反射鏡入射到第一二色鏡表面，經(jīng)第一二色鏡表面反射，再經(jīng)第一振鏡、第二振鏡、掃描透鏡、第五透鏡聚焦至樣品，此光束為第一光束，此光束在樣品上形成空心焦斑陣列；

第二光源模塊發(fā)出準(zhǔn)直光，經(jīng)第三反射鏡入射到第二光調(diào)制模塊，經(jīng)其相位調(diào)制后，再經(jīng)第三透鏡、第四透鏡、再經(jīng)第二二色鏡透射，到達(dá)第一二色鏡，經(jīng)第一二色鏡透射，再經(jīng)第一振鏡、第二振鏡、掃描透鏡、第五透鏡聚焦至樣品，此光束為第二光束，此光束在樣品上形成實心焦斑陣列；

第一光束的空心焦斑陣列與第二光束的實心焦斑陣列在樣品上重合，從而生成超衍射極限焦斑陣列。