一种激光干涉光刻光学系统技术方案

一种激光干涉光刻光学系统涉及激光干涉光刻加工技术领域，解决了现有技术中光学平台搭建复杂，易受到外界干扰，灵活度不高的问题。该系统包括：至少一个分光镜、至少一个反射镜A、多个反射镜B、至少两个柔性光学铰链、至少两个半波片和至少两个偏光镜；柔性光学铰链由导光管和关节组成，每两个导光管通过一个关节连接；每个关节内部设置一个反射镜B；每个柔性光学铰链的出口内设置一个半波片，每个出口外设置一个偏振镜；本发明专利技术激光束经分光镜分光后，再经全反射镜反射并耦合进入光学铰链，经光学铰链末端输出。该技术减小了设备的面积，减少能量的损耗，避免对繁杂光路的调整和潜在的外界干扰，方便非专业人员进行激光干涉加工操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光干涉光刻加工
，涉及的是一种激光干涉光刻光学系统。
技术介绍
激光干涉光刻技术是一种利用双光束或多光束激光干涉曝光或直写产生周期性图案的微纳阵列结构的重要技术，主要应用于加工亚波长的条纹、点阵、孔阵和梯度渐变结构等有序和准有序阵列结构的制备。该项技术具有低成本、大面积、高效率和可实现曲面加工等特点，而且这些结构还表现出了特殊的功能，如减反射、表面自清洁、全反射、负折射、防伪等，引起国内外科学工作者的极大关注。现有的激光干涉光刻系统大多数采用光学镜组在光学平台上进行搭建，干涉光线的入射面可以围绕入射光线的主光轴，进行任意角度的调节。该系统大大增加了干涉光束入射面之间角度的调节范围，能满足干涉图样的多样性。但是均存在光路搭建繁杂、易受外界干扰等不足。然而激光光纤分束曝光不太适合于大面积曝光和应用于高功率激光。目前，激光干涉光刻系统均有各自的优点和不足，不能兼顾灵活性、大面积、短脉冲和高功率等特点。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种激光干涉光刻光学系统，该系统解决了现有技术中光学平台搭建复杂，易受到外界干扰，灵活度不高的问题。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种激光干涉光刻光学系统，该系统包括：至少一个分光镜、至少一个反射镜A、多个反射镜B、至少两个柔性光学铰链、至少两个半波片和至少两个偏光镜；所述柔性光学铰链由导光管和关节组成，每两个导光管通过一个关节连接；每个关节内部设置一个反射镜B；所述每个柔性光学铰链的出口内设置一个半波片，所述每个出口外设置一个偏振镜；所述光源发出光线，经过分光镜分光后，一部分光线反射进入柔性光学铰链内；一部分光线透射，通过至少一个反射镜A反射后进入柔性光学铰链内，或者经过另一个分光镜分光，一部分光线反射进入柔性光学铰链内；一部分光线透射，通过至少一个反射镜A反射后进入柔性光学铰链内；每束光线对应一个柔性光学铰链；进入柔性光学铰链的光束经过设置在关节上的反射镜B的多次反射，通过半波片和偏振镜，得到的多束偏振光在样品表面或内部汇聚发生干涉，形成干涉图案。本专利技术的有益效果是：本专利技术激光束经分光镜分光后的，再经全反射镜反射并耦合进入光学铰链，经光学铰链末端输出。该技术在满足大面积、短脉冲和高功率激光传输的同时，还表现出灵活性，减小了设备的面积，减少能量的损耗，避免对繁杂光路的调整和潜在的外界干扰，方便非专业人员进行激光干涉加工操作。附图说明图1本专利技术双光束激光干涉光刻光学系统结构示意图。图2利用双光束激光干涉光刻光学系统干涉图样。图3本专利技术三光束激光干涉光刻光学系统结构示意图。图4利用三光束激光干涉光刻光学系统干涉图样。图中：1、短脉冲相干激光光源，2、箱体，3、分光镜，4、反射镜A，5、柔性光学铰链，6、关节，7、导光管，8、反射镜B，9、半波片，10、偏光镜，11、第二分光镜，12、第二反射镜A，13、第三反射镜A，14、出光口和15、样品。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，双激光干涉光刻光学系统，该系统包括：箱体2、分光镜3、反射镜A4、八个反射镜B8、两个柔性光学铰链5、十六个扭簧、两个半波片9和两个偏光镜10；分光镜3和反射镜A4设置在箱体2内，箱体2底部和侧面设置出光孔，与柔性光学铰链5连接。每个柔性光学铰链5由四个关节6和五个导光管7组成，每两个导光管7通过一个关节6连接，关节6的两头设置扭簧，导光管7通过扭簧与关节6相连，实现导光管7扭转的功能，随意改变干涉的位置。其中导光管7可伸缩，当需要增大或者减小柔性光学铰链5出光口14之间的距离时，通过调整导光管7的长短即可实现。其中每个关节6内部设置一个反射镜B8；每个柔性光学铰链5的出光口14内设置一个半波片9，每个出光口14外设置一个偏振镜10；短脉冲相干激光光源1发出光线，经过分光镜3分光后，一部分光线反射进入柔性光学铰链内5；一部分光线透射，通过反射镜A4反射后进入柔性光学铰链5内；每束光线对应一个柔性光学铰链5；进入柔性光学铰链5的光束经过反射镜B8的多次反射，通过半波片9和偏振镜10，实现干涉图样的调制，得到的多束偏振光在样品15表面或内部汇聚发生干涉，形成干涉图案。样品15一般为金属、合金、半导体材料、光敏树脂或者聚合物材料。样品15表面产生条纹、点阵、孔阵和梯度渐变图案。本实施例中，设置出光口14的两个导光管7所连接的关节6，夹角大于90度，其他关节6的夹角为90度，即通过调整导光管7的长度和方向实现两束光的相互干涉。箱体2和柔性光学铰链5除了入光口和出光口14，其余为全封闭结构。实验中，短脉冲相干激光光源1采用激光波长为355nm，脉冲5-8ns，频率10Hz，采用双光束双曝光的方式，即第二次曝光是在第一次曝光的基础上将样品15旋转90度，进行再一次曝光。两束激光的入射角为7度；空间角为分别为0度和180度；激光的光斑直径大小为14mm，两束激光能量均为1mJ，曝光时间为10s，光刻胶选用AR-P3740，在InP衬底上以5000转/分钟，经过旋涂匀胶，前烘，双光束双曝光，后烘和显影等工艺流程后，获得如图2所示的干涉图样。如图3所示，三激光干涉光刻光学系统，该系统包括：箱体2、两个分光镜、三个反射镜A、十二个反射镜B8、三个柔性光学铰链5、二十四个扭簧、三个半波片9和三个偏光镜10；所有的分光镜和反射镜A设置在箱体2内，箱体2底部和侧面设置出光孔，与柔性光学铰链5连接。每个柔性光学铰链5由四个关节6和五个导光管7组成，每两个导光管7通过一个关节6连接，关节6的两头设置扭簧，导光管7通过扭簧与关节6相连，实现导光管7扭转的功能，随意改变干涉的位置。其中导光管7可伸缩，当需要增大或者减小柔性光学铰链5出光口14之间的距离时，通过调整导光管7的长短即可实现。其中每个关节6内部设置一个反射镜B8；每个柔性光学铰链5的出光口内14设置一个半波片9，每个出光口14外设置一个偏振镜10；短脉冲相干激光光源1发出光线，经过分光镜3分光后，一部分光线反射进入柔性光学铰链5内；另一部分光线透射，经过第二分光镜11分光，一部分光线经反射镜A4进入柔性光学铰链5内；另一部分光线反射，通过第二反射镜A12和第三反射镜A13离轴反射后进入柔性光学铰链5内，大大减小了设备的体积；每束光线对应一个柔性光学铰链5；进入柔性光学铰链5的光束经过反射镜B8的多次反射，通过半波片9和偏振镜10，实现干涉图样的调制，得到的多束偏振光在样品15表面或内部汇聚发生干涉，形成干涉图案。样品15一般为金属、合金、半导体材料、光敏树脂或者聚合物材料。样品15表面产生条纹、点阵、孔阵和梯度渐变图案。本实施例中，所有关节6的夹角为90度，即通过调整导光管7的长度和有限的范围内改变相邻两个导光管7的夹角实现三束光的相互干涉。箱体2和柔性光学铰链5除了入光口和出光口，其余为全封闭结构。实验中，短脉冲相干激光光源1采用激光波长为355nm，脉冲5-8ns，频率10Hz，采用三光束曝光的方式。每束激光的光斑直径大小为14mm，空间角分别为0度、120度和240度，入射角均为12度，激光能量分别为1.3mJ、1.3mJ和1mJ，曝光时间为20s，光刻胶选用AR-P3740本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光干涉光刻光学系统，其特征在于，该系统包括：至少一个分光镜、至少一个反射镜A、多个反射镜B、至少两个柔性光学铰链、至少两个半波片和至少两个偏光镜；所述柔性光学铰链由导光管和关节组成，每两个导光管通过一个关节连接；每个关节内部设置一个反射镜B；所述每个柔性光学铰链的出口内设置一个半波片，所述每个出口外设置一个偏振镜；所述光源发出光线，经过分光镜分光后，一部分光线反射进入柔性光学铰链内；一部分光线透射，通过至少一个反射镜A反射后进入柔性光学铰链内，或者经过另一个分光镜分光，一部分光线反射进入柔性光学铰链内；一部分光线透射，通过至少一个反射镜A反射后进入柔性光学铰链内；每束光线对应一个柔性光学铰链；进入柔性光学铰链的光束经过设置在关节上的反射镜B的多次反射，通过半波片和偏振镜，得到的多束偏振光在样品表面或内部汇聚发生干涉，形成干涉图案。

【技术特征摘要】
1.一种激光干涉光刻光学系统，其特征在于，该系统包括：至少一个分光镜、至少一个反射镜A、多个反射镜B、至少两个柔性光学铰链、至少两个半波片和至少两个偏光镜；所述柔性光学铰链由导光管和关节组成，每两个导光管通过一个关节连接；每个关节内部设置一个反射镜B；所述每个柔性光学铰链的出口内设置一个半波片，所述每个出口外设置一个偏振镜；所述光源发出光线，经过分光镜分光后，一部分光线反射进入柔性光学铰链内；一部分光线透射，通过至少一个反射镜A反射后进入柔性光学铰链内，或者经过另一个分光镜分光，一部分光线反射进入柔性光学铰链内；一部分光线透射，通过至少一个反射镜A反射后进入柔性光学铰链内；每束光线对应一个柔性光学铰链；进入柔性光学铰链的光束经过设置在关节上的反射镜B的多次反射，通过半波片和偏振镜，得到的多束偏振光在样品表面或内部汇聚发生干涉，形成干涉图案。2.根据权利要求1所述的一种激光干涉光刻光学系统，其特征在于，所述柔性光学铰链、半波片和偏光镜的个数一致；柔性光学铰链的个数比分光镜多一个。3.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁占坤，王朝阳，曹亮，王璐，董莉彤，王作斌，宋正勋，许红梅，刘兰娇，李理，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22