一种基于特种光纤的边缘抑制并行激光直写装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于特种光纤的边缘抑制并行激光直写装置和方法，包括抑制光路、激发光路和光路单元；所述激发光路和抑制光路通过光路单元中的二向色镜合束形成激发

【技术实现步骤摘要】
一种基于特种光纤的边缘抑制并行激光直写装置和方法


[0001]本专利技术属于光学
和光学微加工制造领域，尤其涉及一种基于特种光纤的边缘抑制并行激光直写装置和方法。

技术介绍

[0002]激光直写技术是一种无需掩模、适用面广、性价比高的微纳米加工手段，相较于传统的微纳加工方法如离子刻蚀、化学气相沉积、模板法和自组装等，其具备精度高、可空性好、适用于不同材料等优势，同时激光直写系统对环境要求相对较低，不需要完全真空环境，具有很好的工业应用前景，目前已经广泛应用于微机电系统、掩模板、微流控、微纳光学器件、超材料等微纳米制造领域。但激光直写技术目前存在刻写速度慢、刻写精度较低两个主要的问题，另外目前提升激光直写速度的主要方式是进行简单的光路光束叠加进行，存在系统成本高、系统尺寸大、系统复杂度高、系统调试难度高和稳定性低等问题，无法满足微纳器件批量生产需求和超高精度微纳器件制造需求，亟需一种新的加工方法同时解决激光直写装置速度慢、加工精度底问题。
[0003]基于目前激光直接技术存在的局限性，本专利技术提供一种低成本同时具有高速超分辨率的激光直写方法和装置。其方案采用517nm飞秒激光做激发光，同时532nm激光做抑制光，激发光和抑制光合束形成激发
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抑制组合光斑，其中激发光呈高斯分布，经过聚焦在焦点附近很小范围内发生能量吸收，实现光刻胶固化；抑制光呈涡旋光分布，刚好与激发光同心，阻止聚焦光斑外围光刻胶固化，从而可以进一步提高激光直写精度；同时采用光纤阵列方案，可以低成本实现多束光斑并行加工，极大提高直写速度，满足批量生产需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术中刻写速度慢、刻写精度低等问题，提出一种基于特种光纤的边缘抑制并行激光直写装置和方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于特种光纤的边缘抑制并行激光直写装置，包括抑制光路、激发光路和光路单元；所述抑制光路由抑制光源、第一多通道分光单元和第一光纤阵列组件组成；所述激发光路由激发光源、第二多通道分光单元和第二光纤阵列组件组成；所述光路单元由光纤夹持器、第一透镜、第二透镜、二向色镜、扫描透镜、场镜和物镜组成；所述第一多通道分光单元由偏振分束模块和光纤端口耦合器组成；所述第二多通道分光单元由色散补偿模块、偏振分束模块和光纤端口耦合器组成；所述第一光纤阵列组件和第二光纤阵列组件均由1xN光纤端口耦合器和光纤声光调制器组成；由抑制光路产生的抑制光阵列和激发光路产生的激发光阵列分别通过第一透镜、第二透镜，在第一透镜、第二透镜焦面位置形成抑制光斑和激发光斑；其中抑制光经过二向色镜透射，激发光经过二向色镜反射，激发光和抑制光经二向色镜合束后，在扫描透镜后焦面位置形成激发
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抑制组合光斑阵列，然后经过场镜和物镜，在物镜的焦面位置形成激发
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抑制组合光斑阵列，最后通过控制系统控制三维位移台的移动和光纤声光调制器的通断来实现并行式激光直写。
[0006]进一步地，所述抑制光阵列产生的过程如下：利用抑制光源产生一束抑制光，经过M个偏振分束模块形成M+1束抑制光，M+1束抑制光中的每一束抑制光分别接入光纤端口耦合器，接入抑制光的每个光纤端口耦合器连接1xN光纤端口耦合器，形成(M+1)
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N束抑制光，(M+1)
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N束抑制光即为抑制光阵列，且(M+1)
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N束抑制光中的每一束抑制光接入光纤声光调制器；所述激发光阵列产生的过程如下：利用激发光源产生一束激发光，先经过色散补偿模块，再经过M个偏振分束模块形成M+1束激发光，M+1束激发光中的每一束激发光分别接入光纤端口耦合器，接入激发光的每个光纤端口耦合器连接1xN光纤端口耦合器，形成(M+1)
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N束激发光，(M+1)
×
N束激发光即为激发光阵列，且(M+1)
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N束激发光中的每一束激发光接入光纤声光调制器。
[0007]进一步地，(M+1)
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N大于等于2或小于等于96。
[0008]进一步地，所述色散补偿模块由第一光栅、第二光栅、棱镜、第一反射镜和第二反射镜组成；激发光依次通过第一光栅和第二光栅，再通过棱镜的反射，依次通过第二光栅和第一光栅，最后依次通过第一反射镜和第二反射镜射出。
[0009]进一步地，所述偏振分束模块由半波片和偏振分束器组成；所述抑制光源产生的一束抑制光和激发光源产生的一束激发光均先通过半波片，再通过偏振分束器分成两束抑制光和两束激发光；通过调整半波片来控制所分光束功率相等。
[0010]进一步地，所述抑制光阵列中的每一束抑制光等功率，且抑制光阵列为具有环形光场分布特征的涡旋光束阵列；所述激发光阵列中的每一束激发光等功率，且激发光阵列为具有高斯型光场分布特征的光束阵列。
[0011]进一步地，所述抑制光源产生的抑制光为532nm连续激光；所述激发光源产生的激发光为517nm飞秒激光。
[0012]进一步地，所述第一光纤阵列组件和第二光纤阵列组件中各光纤出射光场的发散角与模场直径相等。
[0013]一种基于特种光纤的边缘抑制并行激光直写方法，利用抑制光源产生一束抑制光，经过M个偏振分束模块形成M+1束抑制光，M+1束抑制光中的每一束抑制光分别接入光纤端口耦合器，接入抑制光的每个光纤端口耦合器连接1xN光纤端口耦合器，形成(M+1)
×
N束抑制光，(M+1)
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N束抑制光即为抑制光阵列，且(M+1)
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N束抑制光中的每一束抑制光接入光纤声光调制器；利用激发光源产生一束激发光，先经过色散补偿模块，再经过M个偏振分束模块形成M+1束激发光，M+1束激发光中的每一束激发光分别接入光纤端口耦合器，接入激发光的每个光纤端口耦合器连接1xN光纤端口耦合器，形成(M+1)
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N束激发光，(M+1)
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N束激发光即为激发光阵列，且(M+1)
×
N束激发光中的每一束激发光接入光纤声光调制器；由抑制光路产生的抑制光阵列和激发光路产生的激发光阵列分别通过第一透镜、第二透镜，在第一透镜、第二透镜焦面位置形成抑制光斑和激发光斑；其中抑制光经过二向色镜透射，激发光经过二向色镜反射，激发光和抑制光经二向色镜合束后，在扫描透镜后焦面位置形成激发
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抑制组合光斑阵列，然后经过场镜和物镜，在物镜的焦面位置形成激发
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抑制组合光斑阵列，最后通过控制系统控制三维位移台的移动和光纤声光调制器的通断来实现并行式激光直写。
[0014]进一步地，(M+1)
×
N大于等于2或小于等于96。
[0015]进一步地，所述偏振分束模块由半波片和偏振分束器组成；所述抑制光源产生的一束抑制光和激发光源产生的一束激发光均先通过半波片，再通过偏振分束器分成两束抑制光和两束激发光；通过调整半波片来控制所分光束功率相等。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于特种光纤的边缘抑制并行激光直写装置，其特征在于，包括抑制光路、激发光路和光路单元；所述抑制光路由抑制光源、第一多通道分光单元和第一光纤阵列组件组成；所述激发光路由激发光源、色散补偿模块、第二多通道分光单元和第二光纤阵列组件组成；所述光路单元由光纤夹持器、第一透镜、第二透镜、二向色镜、扫描透镜、场镜和物镜组成；所述第一多通道分光单元和第二多通道分光单元均由偏振分束模块和光纤端口耦合器组成；所述第一光纤阵列组件和第二光纤阵列组件均由1xN光纤端口耦合器和光纤声光调制器组成；由抑制光路产生的抑制光阵列和激发光路产生的激发光阵列分别通过第一透镜、第二透镜，在第一透镜、第二透镜焦面位置形成抑制光斑和激发光斑；其中抑制光经过二向色镜透射，激发光经过二向色镜反射，激发光和抑制光经二向色镜合束后，在扫描透镜后焦面位置形成激发
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抑制组合光斑阵列，然后经过场镜和物镜，在物镜的焦面位置形成激发
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抑制组合光斑阵列，最后通过控制系统控制三维位移台的移动和光纤声光调制器的通断来实现并行式激光直写。2.根据权利要求1所述的一种基于特种光纤的边缘抑制并行激光直写装置，其特征在于，所述抑制光阵列产生的过程如下：利用抑制光源产生一束抑制光，经过M个偏振分束模块形成M+1束抑制光，M+1束抑制光中的每一束抑制光分别接入光纤端口耦合器，接入抑制光的每个光纤端口耦合器连接1xN光纤端口耦合器，形成(M+1)
×
N束抑制光，(M+1)
×
N束抑制光即为抑制光阵列，且(M+1)
×
N束抑制光中的每一束抑制光接入光纤声光调制器；所述激发光阵列产生的过程如下：利用激发光源产生一束激发光，先经过色散补偿模块，再经过M个偏振分束模块形成M+1束激发光，M+1束激发光中的每一束激发光分别接入光纤端口耦合器，接入激发光的每个光纤端口耦合器连接1xN光纤端口耦合器，形成(M+1)
×
N束激发光，(M+1)
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N束激发光即为激发光阵列，且(M+1)
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N束激发光中的每一束激发光接入光纤声光调制器。3.根据权利要求2所述的一种基于特种光纤的边缘抑制并行激光直写装置，其特征在于，所述(M+1)
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N大于等于2或小于等于96。4.根据权利要求1所述的一种基于特种光纤的边缘抑制并行激光直写装置，其特征在于，所述色散补偿模块由第一光栅、第二光栅、棱镜、第一反射镜和第二反射镜组成；激发光依次通过第一光栅和第二光栅，再通过棱镜的反射，依次通过第二光栅和第一光栅，最后依次通过第一反射镜和第二反射镜射出。5.根据权利要求1或2所述的一种基于特种光纤的边缘抑制并行激光直写装置，其特征在于，所述偏振分束模块由半波片和偏振分束器组成；所述抑制光源产生的一束抑制光和激发光源产生的一束激发光均先通过半波片，再通过偏振分束器分成两束抑制光和两束激发光；通过调整半波片来控制所分光束功率相等。6.根据权利要求1所述的一种基于特种光纤的边缘抑制并行激光直写装置，其特征在于，所述抑制光阵列中的每一束抑制光等功率，且抑制光阵列为具有环形光场分布特征的涡旋光束阵列；所述激发光阵列中的每一束激发光等功率，且激发光阵列为具有高斯型光场分布特征的光束阵列。7.根据权利要求1所述的一种基于特种光纤的边缘抑制并行激光直写装...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙琦，匡翠方，罗昊，马程鹏，孙秋媛，张良，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：