双光束干涉可调增益激光写入滤波方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双光束干涉可调增益激光写入滤波装置，其包括分光装置、第一位相调制装置、第二位相调制装置、固定反射装置、可调反射装置、以及可调聚焦物镜。本发明专利技术的良好效果在于：实现激光写入光斑横向主瓣宽度和轴向焦深范围可调节写入，在工作过程中根据所需制作元件的结构特点改变横向或轴向光斑强度分布特性，有利于兼顾激光写入品质和写入效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微结构光学元件精密制造领域，是一种实现激光写入光斑横向主瓣宽度和轴向焦深范围可调的三维激光写入技术。
技术介绍
激光写入技术的本质是通过激光光束聚焦实现对图形或数据记录，从而制作出微结构光学元件。激光写入光斑的横向主瓣宽度和轴向焦深是激光写入的重要技术参数，横向主瓣宽度影响刻蚀线宽，轴向焦深影响刻蚀深度。横向主瓣宽度的调制可以分为超分辨(主瓣宽度小于爱里斑，旁瓣强度增强)和切趾(主瓣宽度大于爱里斑，旁瓣强度减弱)两种类型，通常采用横向增益参数GT表示横向主瓣宽度特性，GT＞1表示具有超分辨特性，GT＜1表示具有切趾特性，GT＝1则为爱里斑分布；轴向焦深特性通常用轴向增益参数GA表示，GA＞1表示具有轴向超分辨特性，GA＜1表示具有轴向焦深延长特性，GA＝1表示具有爱里斑分布特性。 在激光写入技术中，目前普遍采用光瞳滤波调制焦平面光斑复振幅分布计算模型如公式(1)所示， 其中，v＝kNAr，表示光斑径向坐标，k为波数，NA为物镜数值孔径， u＝kNA2z，z为以焦点为原点的轴向坐标，r为物镜归一化光瞳半径，P(r)＝A(r)exp(jφ(r))为归一化光瞳函数。 在激光写入
中，依据改变光瞳滤波器透过率函数A(r)和位相函数φ(r)的技术途径，实现激光写入光斑尺寸调制或轴向焦深调制，用于实现光学调制的元件叫光学滤波器。改变透过率函数A(r)的方法称为振幅调制法，改变位相函数φ(r)的方法称为位相调制法，复合改变A(r)和φ(r)的方法称为复振幅调制方法。 横向增益参数GT计算公式为 轴向增益参数GA计算公式为 横向光斑强度分布 轴向光斑强度分布 其中， 现有滤波方法的技术特点是，当滤波器元件参数制作完成后，激光写入光斑的横向和轴向强度分布特性为固定模式，应用过程中不能改变线宽和焦深范围。 在激光写入滤波技术方面，目前检索到的技术主要是通过振幅、位相或复振幅滤波器实现横向、轴向强度分布调制，这些技术采用光束拦截或吸收的方法实现振幅透过率调制，此时易产生杂散光，影响写入光斑品质。 2006.6日本公开专利(JP2005173581A)公开一种在全息
的图象生成方法，采用双位相板生成全息图像。本专利技术所述技术与其区别在于，本技术应用在三维激光写入
，采用双位相调制技术不仅改变聚焦平面内的光斑强度分布，而且可以实现连续调节，装置具有偏振态和分支光路光强一致性监测，以及写入光束与离焦检测光束合成、分离等功能。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种可连续改变三维激光写入光斑尺度，即横向主瓣宽度和轴向焦深范围的激光写入滤波装置。 按照本专利技术的一种双光束干涉可调增益激光写入滤波装置，其包括 分光装置，用于将入射的光分解为等能量且相互正交的第一反射光束和第一透射光束； 第一位相调制装置，用于对第一反射光束进行调制，使其具有第一位相调制装置的相位信息； 第二位相调制装置，用于对第一透射光束进行调制，使其具有第二位相调制装置的相位信息； 固定反射装置，设置于第二位相调制装置所在光路，用于将第一透射光束反射回分光装置； 可调反射装置，设置于第一位相调制装置所在光路，用于将第一反射光束反射回分光装置，并且通过调整可调反射装置与第一位相调制板的距离，调整第一透射光束与第一反射光束的初始相位差，以及连续调整激光写入光斑的横向线宽以及激光写入光斑的轴向焦深；以及， 可调聚焦物镜，接收由分光镜合成的第一反射光束和第一透射光束，并将第一反射光束和第一透射光束聚焦至直写平面，形成激光写入光斑；其中，通过调节聚焦物镜在光传播方向的位置，实现激光写入光斑聚焦瞄准。 按照本专利技术，所述双光束干涉可调增益激光写入滤波方法包括以下步骤 a)将一入射平面波分解为第一反射光束和第一透射光束； b)将所述第一反射光束和第一透射光束的初始位相差设定为所述入射平面波的波长的整数倍； c)令第一反射光束通过具有第一相位信息的第一位相调制板形成第一调制反射光束，再令第一透射光束通过具有第二相位信息的第二位相调制板形成第一调制透射光束，此后令第一调制反射光束与第一调制透射光束会聚形成激光写入光束，其中，所述第一位相板和第二位相板的结构根据以下步骤确定 c1)根据超分辨调制理论、切趾调制理论和焦深扩展理论及设计要求，通过优化计算确定在不加入第一、第二位相板情况下，由第一反射光束和第一透射光束之间光程差引入的位相差的改变量为零时的归一化光瞳函数参数； c2)由归一化光瞳函数参数，确定第一位相板位相调制函数和第二位相板位相调制函数； c3)根据第一位相板位相调制函数和第二位相板位相调制函数确定第一位相板和第二位相板的结构； d)将一个激光写入离焦检测光束与所述激光写入光束合成为共口径光束，以使离焦检测光斑与激光写入光斑重合；以及， e)调节第一反射光束和第一透射光束之间光程差引入的位相差的改变量，从而实现激光写入光斑横向和轴向强度分布的连续调节。 进一步的，上述方法还包括检测第一反射光束和第一透射光束偏振方向一致性的步骤，还包括如两者偏振方向不一致，调整两者偏振方向以令其一致的步骤。 进一步的，上述方法还包括检测第一反射光束和第一透射光束光束强度一致性的步骤，还包括如两者光束强度不一致，调整两者光束强度以令其一致的步骤。 本专利技术的良好效果在于实现激光写入光斑横向主瓣宽度和轴向焦深范围可调节写入，在工作过程中根据所需制作元件的结构特点改变横向或轴向光斑强度分布特性，有利于兼顾激光写入品质和写入效率。 附图说明 图1为本专利技术所述双光束干涉可调增益激光写入滤波装置原理示意图； 图2为本专利技术利用CCD探测器探测干涉图样从而调整初始位相差的示意图； 图3为横向增益因子调节变化曲线图； 图4为轴向增益因子调节变化曲线图。 具体实施例方式 如图1所示，本专利技术涉及一种双光束干涉可调增益激光写入滤波装置100，包括分光装置4，第一位相调制装置5，第二位相调制装置6，可调反射装置7，固定反射装置9，以及可调聚焦物镜14； 其中，分光装置4可以是分光镜，用于将入射的光分解为等能量且相互正交的第一反射光束L1和第一透射光束L2；入射光的最好是近似的平面波，其可以通过由激光器1、光调制器2和扩束器3组成的平面波发生器形成，其中，光调制器2可以是声光调制器。 第一位相调制装置5可以是位相板，用于对第一反射光束L1进行调制，使其具有第一位相调制装置5的相位信息； 第二位相调制装置6可以是位相板，用于对第一透射光束L2进行调制，使其具有第二位相调制装置6的相位信息； 固定反射装置9可以是反射镜，其设置于第二位相调制装置6所在光路，用于将第一透射光束L2反射回分光装置4； 可调反射装置7可以由第一闭环微驱动平台81和设置于闭环微驱动平台反射镜组成，设置于第一位相调制板所在光路，用于将第一反射光束反射回分光装置4，并且通过调整可调反射装置与第一位相调制装置5的距离，调整第一透射光束与第一反射光束的初始相位差，连续调整激光写入光斑的横向线宽以及激光写入光斑的轴向焦深。 可调聚焦物镜14，接收由分光镜合成的第一反射光束L1和第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双光束干涉可调增益激光写入滤波装置，其包括：　分光装置，用于将入射的光分解为等能量且相互正交的第一反射光束和第一透射光束；　第一位相调制装置，用于对第一反射光束进行调制，使其具有第一位相调制装置的相位信息；　第二位相调制装置，用于对第一透射光束进行调制，使其具有第二位相调制装置的相位信息；　固定反射装置，设置于第二位相调制装置所在光路，用于将第一透射光束反射回分光装置；　可调反射装置，设置于第一位相调制装置所在光路，用于将第一反射光束反射回分光装置，并且通过调整可调反射装置与第一位相调制板的距离，调整第一透射光束与第一反射光束的初始相位差，以及连续调整激光写入光斑的横向线宽以及激光写入光斑的轴向焦深；　可调聚焦物镜，接收由分光镜合成的第一反射光束和第一透射光束，并将第一反射光束和第一透射光束聚焦至直写平面，形成激光写入光斑；其中，通过调节聚焦物镜在光传播方向的位置，实现激光写入光斑聚焦瞄准。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俭，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]