[發明專利]一種基于多點陣產生和獨立控制的雙光子并行直寫裝置及方法

在審

• 申請號: 202110046632.1
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112596349A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 匡翠方;楊順華;劉旭;李海峰;丁晨良;溫積森;徐良
• 申請（專利權）人: 之江實驗室;浙江大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 奚麗萍

1.一種基于多點陣產生和獨立控制的雙光子并行直寫裝置，其特征在于：包括按光前進方向依次設置的飛秒激光脈沖（1）、擴束器（2）、第一反射鏡（3）、數字微鏡陣列DMD（4）、第一凸透鏡（5）、第二凸透鏡（6）、第二反射鏡（7）、空間光調制器SLM（8）、第三反射鏡（9）、第三凸透鏡（10）、第四凸透鏡（11）、第四反射鏡（12）、方形可調光闌（13）、微透鏡陣列MLA（14）、第五凸透鏡（15）、二向色鏡（16）、物鏡（17）、精密位移臺（18）以及設置在二向色鏡（16）反射端的第六凸透鏡（19）、CCD（20）。

2.根據權利要求1所述的一種基于多點陣產生和獨立控制的雙光子并行直寫裝置，其特征在于：所述的數字微鏡陣列DMD（4）用于對入射光斑進行振幅調制，具體為DMD（4）將有效像素區域等分成N×N個單元，一個單元對應一個光斑，對數字微鏡陣列DMD（4）每個單元包含的m×m個微鏡進行獨立“開”與“關”的狀態切換，獨立調控各單元光斑的強度和均勻度。

3.根據權利要求2所述的一種基于多點陣產生和獨立控制的雙光子并行直寫裝置，其特征在于：所述的空間光調制器SLM（8）對入射光斑進行相位調制，具體為：空間光調制器SLM（8）將有效像素區域等分成N×N個單元，每個單元包含m×m個液晶面元，空間光調制器SLM（8）每個單元的各液晶面元與數字微鏡陣列DMD（4）各單元的m×m個像素一一對應，通過對空間光調制器SLM（8）各單元內的m×m個液晶面元控制，獨立調控各單元光斑的波前。

4.根據權利要求3所述的一種基于多點陣產生和獨立控制的雙光子并行直寫裝置，其特征在于：所述的第一凸透鏡（5）和第二凸透鏡（6）組成4F系統一，用于將DMD（4）上的光場成像到空間光調制器SLM（8），第一凸透鏡（5）和第二凸透鏡（6）的焦距F1和F2滿足F1/F2=d_D/d_S，其中d_D、d_S分別是數字微鏡陣列DMD（4）和空間光調制器SLM（8）的像素間距；調節數字微鏡陣列DMD（4）和空間光調制器SLM（8）的位置和姿態，使光束通過4F系統一后，各單元光斑與空間光調制器SLM（8）上的各單元區域一一重合。

5.根據權利要求4所述的一種基于多點陣產生和獨立控制的雙光子并行直寫裝置，其特征在于：所述的第三凸透鏡（10）和第四凸透鏡（11）組成4F系統二，用于將空間光調制器SLM（8）上的光場成像到微透鏡陣列MLA（14）焦平面上，第三凸透鏡（10）和第四凸透鏡（11）的焦距F3和F4滿足F3/F4=m×d_S/d_M，其中d_M為MLA（14）的微透鏡間距；調節微透鏡陣列MLA（14）的橫向位置，使各單元光斑分別與微透鏡陣列MLA（14）各微透鏡一一對應。

6.根據權利要求5所述的一種基于多點陣產生和獨立控制的雙光子并行直寫裝置，其特征在于：所述的第一反射鏡（3）和第二反射鏡（7）分別用于調整入射到數字微鏡陣列DMD（4）和空間光調制器SLM（8）的入射角，其中空間光調制器SLM（8）的入射角控制在10°以內。

7.根據權利要求6所述的一種基于多點陣產生和獨立控制的雙光子并行直寫裝置，其特征在于：所述的微透鏡陣列MLA（14）包含N×N個微透鏡，用于對入射N×N個單元光斑進行聚焦，一個單元光斑對應一個微透鏡，最多可在MLA（14）焦平面產生N×N焦點陣列；通過空間光調制器SLM（8）調制各單元光斑的波前，獨立控制各焦點在相應微透鏡光軸焦點附近的落點位置。

8.根據權利要求7所述的一種基于多點陣產生和獨立控制的雙光子并行直寫裝置，其特征在于：所述的方形可調光闌（13）用于限制入射到微透鏡陣列MLA（14）的光斑尺寸，該方形可調光闌（13）的口徑為微透鏡陣列MLA（14）有效面積的大小。