[發明專利]一種雙光束實時中心對準和穩定的裝置和方法

有效

• 申請號: 202110061579.2
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112882184B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 匡翠方;丁晨良;朱大釗;魏震;楊臻垚;劉旭;徐良
• 申請（專利權）人: 之江實驗室;浙江大學
• 主分類號: G02B7/182
• 分類號: G02B7/182;G02B17/02;G02B27/10;G02B27/14;G02B7/18;G02B27/58;G02B27/62
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種雙光束實時中心對準和穩定的裝置和方法，該裝置包括可調小孔、旋轉反射鏡、直角棱鏡反射鏡、納米位移臺、角度壓電調節鏡架、二色鏡、分束鏡、透鏡、位置探測器和控制器等部件。本發明可以對兩束不同波長的激光束進行合束，確保光斑中心嚴格對準，并且對出射后的合束光進行光束穩定，在長時間工作中保持兩束光的中心一直穩定在重合狀態，實現小型化、高精度、快速度的合束光穩定控制。利用本發明裝置調整得到穩定的合束光，可以廣泛用于超分辨顯微成像和高精度激光直寫光刻等系統中。

技術領域

本發明屬于超精密光學成像與刻寫領域，尤其涉及一種雙光束實時中心對準和穩定的裝置和方法。

背景技術

隨著技術的不斷發展，多光束系統在超精密光學成像與刻寫領域的運用日漸重要。在超分辨成像領域，為了突破衍射極限獲得更高分辨率的圖像信息，類似受激輻射損耗顯微成像技術(STED)、可逆式飽和熒光躍遷技術(RESOLFT)、多色熒光顯微技術等幾種重要的超分辨成像技術都采用了多光束系統。這些系統中將幾個不同波長的光束匯聚到樣品上的同一個區域，并且在成像過程中，需要將不同光束匯聚點的中心進行嚴格對準，多光束的空間對準對于獲得最佳分辨率至關重要。

對于超高精度激光刻寫領域，雙光束超分辨激光直寫納米加工技術的出現，大幅突破了衍射極限(約200nm)，獲得了最優小于10nm的加工精度，為三維納米結構加工技術及其應用提供了新的發展方向。其采用了類似STED的技術，將一個空心光斑與一個實心光斑同時作用于光刻膠，利用空心光斑的去交聯作用，大幅壓縮刻寫尺寸。其中，兩個光斑的對準精度與穩定度將直接影響刻寫結果，是該技術推廣產業應用的關鍵因素之一。

由于光學系統容易受到外界機械的抖動、溫度的變化、光源本身的抖動等因素的影響，引起聚焦光斑的漂移，往往在幾十分鐘內漂移幾十納米的距離。特別是對超精密光學系統，當其精度需要達到10nm以下時，微小的干擾不僅對單光束本身造成抖動影響，也讓光斑間相對距離發生變化，這些都會對結果造成嚴重的誤差。而且成像系統在長時間工作中，內部器件也會受到應力而發生變化，造成光束的緩慢漂移，為了獲得較好的成像效果，每次開啟系統前也需要對其進行重新校正。

目前采取的常規方法是被動防漂方法，即利用光學平臺與溫控系統來減弱環境因素對光斑漂移的影響，然而，在更高精度的發展趨勢下，系統防漂能力的提升，是超精密光學成像與刻寫領域走向產業應用的必要前提。目前也存在一些主動防漂方法，即通過一對位置探測器(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對光束漂移進行實時校正，但都運用于單光束穩定系統，未能有效解決雙光束系統中的實時中心對準和穩定難題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種雙光束實時中心對準和穩定的裝置和方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種雙光束實時中心對準和穩定的裝置，包括第一直角反射棱鏡、第二直角反射棱鏡、第一角度調節鏡架、二色鏡、第一分束鏡、第一凸透鏡、第一光電感應器件、第二凸透鏡、第一可調反射鏡、第一凹透鏡、第二光電感應器件、第二可調小孔、第三直角反射棱鏡、第四直角反射棱鏡、第二角度調節鏡架、第二分束鏡、第三分束鏡、第三凸透鏡、第三光電感應器件、第四凸透鏡、第二可調反射鏡、第二凹透鏡和第四光電感應器件。

第一入射光束經過第一直角反射棱鏡反射后入射到第二直角反射棱鏡上，再向上反射到第一角度調節鏡架上，然后經過二色鏡分為第一反射光束與第一透射光束。

第二入射光束經過第三直角反射棱鏡反射后入射到第四直角反射棱鏡上，再向上反射到第二角度調節鏡架上，隨后經過第二分束鏡分為第二反射光束與第二透射光束；第二反射光束再經過二色鏡分為第三反射光束與第三透射光束。

二色鏡出射的第一反射光束與第三透射光束合束后經過第一分束鏡分為第一合束光與第二合束光；第一合束光經過第一凸透鏡入射到第一光電感應器件上，第二合束光依次經過第二凸透鏡、第一可調反射鏡、第一凹透鏡入射到第二光電感應器件上。