实时变参量微纳米光场调制系统和干涉光刻系统技术方案

本申请公开了一种实时变参量微纳米光场调制系统和干涉光刻系统，该光场调制系统包括光源、4F光学系统和光波调制光学元器件组，4F光学系统包括沿光路依次设置的第一光学组件和第二光学组件，光波调制光学元器件组设置于第一光学组件和第二光学组件之间，该光波调制光学元器件组通过对子波面分段调制，在系统的后焦面产生图案及结构参数可调的光场分布。本发明专利技术通过子元件实现对子波面的分立、实时调控，通过改变子元件组合方式可实现不同微纳米图案的实时输出，通过子元件的位置或子元件间相对位置变化可实现结构参数的连续调制。该系统可灵活集成于各种光刻或显微系统中，实现变参量微纳米结构的实时写入和可调制微纳米结构光检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种实时变参量微纳米光场调制系统和干涉光刻系统，具体涉及一种多子波面实时、分立、连续调制的变参量光场调制系统，应用于微纳米结构加工、激光共焦显微成像、生物荧光检测和微纳米形貌检测。
技术介绍
干涉光刻或全息光刻是一种高效制备大幅面微纳米结构的技术，干涉光刻制备的微纳米结构，其周期由干涉光束的波长与夹角共同确定(周期大小与干涉波长成正比，与干涉光束夹角的正弦值成反比)；其取向由干涉光束的波矢决定；其条纹位相分布由干涉光束的相对位相差决定。干涉光刻可与其他技术如蒸镀、刻蚀等自由组合，为微纳米结构在光子晶体、生物医学、微电子等领域的应用提供基础。干涉光刻系统分为分振幅(Amplitude-splittingconfigurations)干涉系统和分波面(Wavefront-splittingconfigurations)干涉系统，两种系统均通过分光器件将入射光分为两束或两束以上相干光进行干涉，通常选用半透半反镜、棱镜、光栅、衍射掩膜以及Lloyd’s镜等作为分光器件。无论采用何种分光器件实现多光束干涉，其制备的微纳米结构的结构参数为固定值，不可实时变化。即使采用万向镜(gimbalmirror)，也只能在有限的范围内改变微纳米结构的周期，而基于gimbalmirror实现周期和取向两种参数实时变化的干涉系统，其光学设置十分复杂。为实现微纳米结构空频调制，专利U.S.patent5,132,812及其改进专利U.S.patent5,262,879、U.S.patent5,822,092以及U.S.patent5,132,812通过三组不同夹角的光束干涉形成了三种不同空频的光栅像素，实现了光栅空频的离散调制。中国专利CN01134127.0、200510095775.2、200510095776.7、CN201010238377.2以及CN201010503788.X公开了一种以二元光栅作为分光元件，通过切换不同空频的分光光栅来实现空频的离散调制。而目前基于微纳米结构的新材料，如新型颜色显示、真彩色3D显示以及超颖表面材料(metasurface)，对光刻系统提出了周期、取向、占空比甚至图案等参数实时制备的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种实时变参量微纳米光场调制系统和干涉光刻系统，可灵活集成于各种光刻系统中，实现微纳米结构的实时制备，亦可集成于各种显微系统中，提供可调制结构光照明。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本申请实施例公开了一种实时变参量微纳米光场调制系统，包括光源、4F光学系统和光波调制光学元器件组，所述4F光学系统包括沿光路依次设置的第一光学组件和第二光学组件，所述光波调制光学元器件组设置于所述第一光学组件和第二光学组件之间，该光波调制光学元器件组通过对子波面分段调制，在系统的后焦面产生图案及其结构参数可调的光场分布。在该技术方案中，第一光学组件和第二光学组件可以为单独一个透镜，也可以为多个透镜构成的组合。优选的，在上述的实时变参量微纳米光场调制系统中，所述结构参数包括周期、取向、相位或相移量和占空比。优选的，在上述的实时变参量微纳米光场调制系统中，所述光场分布为干涉图案。优选的，在上述的实时变参量微纳米光场调制系统中，所述结构参数实时、分立或同步、连续可调。优选的，在上述的实时变参量微纳米光场调制系统中，所述第一光学组件和第二光学组件为透镜、透镜组、或具有相同光学性能的超颖表面器件、微纳米结构。优选的，在上述的实时变参量微纳米光场调制系统中，所述光波调制光学元器件组包括多个子元件，通过选用不同的子元件或/和不同的组合方式实现对各子波面的不同光场调制，并在系统的后焦面产生实现不同图案的光场分布；所述子元件通过位移变化、和/或旋转实现对各子波面的光场调制，并在系统的后焦面产生结构参数可调的光场分布。在该技术方案中，子元件可针对不同子波面实时、独立调制，子元件运动方式，由计算机和精密控制系统共同完成。在该技术方案中，子元件可以为任意周期结构或非周期结构。优选的，在上述的实时变参量微纳米光场调制系统中，所述子元件选自位相元件、二元光学元件、光栅元件、全息元件、反射元件、折射元件和超颖表面元件。优选的，在上述的实时变参量微纳米光场调制系统中，所述光波调制光学元器件组沿光路方向包括多级子器件组，每级子器件组包括至少一个所述子元件，其中位于后一级的子器件组用以对前一级调制后波面的子波面实时调制。在该技术方案中，该处的调制是指通过子元件的移动和/或旋转实现对子波面光束路线的改变。优选的，在上述的实时变参量微纳米光场调制系统中，所述光学元器件组还可包含可调节光阑、灰度掩膜、偏振转换元件中的一种或多种组合。优选的，在上述的实时变参量微纳米光场调制系统中，所述光源包括激光。进一步地，光源由激光器或其他相干光源提供。其产生的入射光为平行光。本申请实施例还公开了一种微纳米结构的干涉光刻系统，包括所述的实时变参量微纳米光场调制系统。在该技术方案中，调制后的不同子波面在4F系统的后焦面形成多路光束，不同的光束在重叠区域可相互干涉，可相互叠加，可同时干涉和叠加。实时变参量微纳米光场调制系统还可灵活集成于各种显微系统中。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)、通过不同分立子元件的组合，实现不同图案的制备。与空间滤波设备和精密控制平台相结合，实现像素化图案制备。(2)、通过分别调制子元件，实现多维图案在不同维度下结构参数的独立可调。(3)、通过子元件的平移和旋转，实现图案在单维度下结构参数的连续调制。总之，本专利技术利用不同的子元件组成光学调制器件组，对入射光子波面实现实时分段调制，对调制后子波面分段调制等联合调制方法，实现各种复杂微纳米结构的实时制备，并实现其结构参数的实时、连续可调。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1所示为本专利技术具体实施例1中基于两段子波面分立调制的实时变参量光场调制系统；图2所示为本专利技术具体实施例1中4F系统后焦面双光束干涉示意图；图3所示为本专利技术具体实施例2中加入位相延迟器件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实时变参量微纳米光场调制系统，其特征在于，包括光源、4F光学系统和光波调制光学元器件组，所述4F光学系统包括沿光路依次设置的第一光学组件和第二光学组件，所述光波调制光学元器件组设置于所述第一光学组件和第二光学组件之间，该光波调制光学元器件组通过对子波面分段调制，在系统的后焦面产生图案及其结构参数可调的光场分布。

【技术特征摘要】
1.一种实时变参量微纳米光场调制系统，其特征在于，包括光源、4F光
学系统和光波调制光学元器件组，所述4F光学系统包括沿光路依次设置的第
一光学组件和第二光学组件，所述光波调制光学元器件组设置于所述第一光
学组件和第二光学组件之间，该光波调制光学元器件组通过对子波面分段调
制，在系统的后焦面产生图案及其结构参数可调的光场分布。
2.根据权利要求1所述的实时变参量微纳米光场调制系统，其特征在于：
所述结构参数包括周期、取向、相位或相移量和占空比。
3.根据权利要求1所述的实时变参量微纳米光场调制系统，其特征在于：
所述光场分布为干涉图案。
4.根据权利要求1所述的实时变参量微纳米光场调制系统，其特征在于：
所述结构参数实时、分立或同步、连续可调。
5.根据权利要求1所述的实时变参量微纳米光场调制系统，其特征在于：
所述第一光学组件和第二光学组件为透镜、透镜组或具有相同光学性能的超
颖表面器件、微纳米结构。
6.根据权利要求1至5任一所述的实时变参量微纳米光场调制系统，其
特征在于：所述光波调制光学元器件组包括多个子元件，通过选用不同的子
元...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶燕，许峰川，魏国军，许宜申，浦东林，陈林森，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32