[發明專利]一種小型化高精度激光束指向穩定裝置

有效

• 申請號: 202010323457.1
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111609817B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 匡翠方;丁晨良;朱大釗;劉旭;郝翔
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種小型化高精度激光束指向穩定裝置，該裝置包括可調孔徑光闌、二維快速控制反射鏡、分光棱鏡、二分之一波片、偏振分光棱鏡、斜方棱鏡、透鏡、光電感應器件、反射部件、納米移動臺和控制器等部件；它利用偏振光束在全反射角度附近的反射特性，將其作為角度靈敏探測手段，結合快速控制反射鏡實現角度方向偏移的獨立修正。位置方向的漂移則由一個反射部件與位置探測器完成修正。本發明通過解除角度測量對光程的依賴，結合分離式地調控，實現小型化、高精度、快速度的光束穩定控制；利用本發明裝置調整得到的穩定光束，可以廣泛用于超分辨顯微成像系統和高精度激光直寫光刻系統。

技術領域

本發明屬于超精密光學測量與控制領域，尤其涉及一種小型化高精度激光束指向穩定裝置。

背景技術

隨著納米技術的不斷發展，各行業領域對納米尺寸結構的加工需求與日劇增，激光直寫加工技術作為一項重要的三維納米結構加工手段，在多個現代科學技術領域得到了廣泛的應用。雙光束超分辨激光直寫納米加工技術的發展，實現了超光學衍射極限的加工分辨率，大幅提升了其加工精度，為三維納米結構加工技術及其應用提供了新的發展方向。雙光束超分辨激光直寫技術主要利用材料與光的非線性作用，如受激發射輻射、激光中間態吸收等過程，將光反應限制在光聚焦中心極小的區域，從而實現超高精密的三維加工。該技術需要兩束光束：一束為激發光，為聚焦光，用于引發光反應；一束為抑制光，為中空的圓環光，用于阻止作用點周圍的光反應。通過兩束光的作用，將光反應區域限制在聚焦光斑中心非常小的區域，實現超分辨光刻。

隨著直寫加工精度的提高(50nm以下)及并行刻寫技術的發展，加工光束的穩定性成為了限制其應用的主要因素之一。光學系統中的溫度分布、氣壓改變、氣流擾動以及外界的振動等會引起光束強度及光束間相對位置的波動，造成在持續加工過程中結構的損壞，以往常采用快速刻寫來抵消系統中光束緩慢波動帶來的影響，但在多光束大面積刻寫系統中，其刻寫光束多，刻寫時間長，一次擾動足以破壞加工的結構，所以必須在刻寫過程中對光束進行實時的檢測與矯正。

目前已有的光束指向穩定系統基本依賴于一對位置探測器(或四象限探測器)的檢測與一對二維快速控制反射鏡的控制，如谷宗浩等(專利號為201820906888.9的中國專利)的一種激光束指向穩定系統。但是這類方法中角度偏移與位置偏移的檢測與調整時，相互的串擾較大。基于探測器的檢測精度受到光斑形狀、光斑能量分布、探測面最小單元尺寸等的影響，其對于光束的校準精度受到限制。并且需要光程比較長，也就導致了設備體積較大，在多光束并行刻寫中運用非常復雜。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種小型化高精度激光束指向穩定裝置。