本发明专利技术涉及一种激光在光敏性材料中加工多重周期性微结构系统和方法。在激光器输出光路上依次设置分光束装置、汇聚光束装置和样品台；激光器１产生的激光经分光束装置分成Ｎ束相干光后到达汇聚光束装置，调节由计算机操纵的三维微移动系统使这些相干光束在汇聚光束装置的后面相交，实现在时间和空间上的相干，形成多重周期结构的干涉条纹作用于放置在样品台的光敏性材料上，通过曝光在光敏性材料中获得多重周期性微结构。该系统结构简单、易于实现工业化；本发明专利技术的方法制备工艺简单、时间短、效率高，以及该方法可实现对周期大小和结构花样任意调节，重复性好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种激光加工方法和加工设备，特别是涉及一种利用激光在光敏性材料中制备具有多重周期性微结构的方法及系统。
技术介绍
周期性微结构在半导体微电子领域、高密度信息存储领域、光电子器件领域等信息
得到了广泛的应用。特别是在新型光子学器件领域，周期性微结构的应用受到了广泛的关注。其中以光子晶体为代表的利用周期性微结构对光进行调制的研究与开发工作在世界各国广泛地开展。以半导体超晶格为代表的多重周期性微结构已经在光电子领域被广泛研究。但是在利用光子晶体原理、即以光的多重散射为基础进行光的调制时，类似半导体超晶格的多重周期性微结构、即光子晶体超晶格的报道到目前为止仅有两例。在有关光子晶体超晶格的报道中，Rajesh Rengarajan等人利用两种不同尺寸的二氧化硅胶体粒子通过自组装的方法获得了胶体粒子呈多重周期性排列的结构(Phys.Rev.B，Rajesh Rengarajan等，美国物理学会，2001，64205103-1～205103-4)。Wounjhang Park和Christopher J.Summers报道了有关采用电光材料作为模型材料、利用对电光特性的调制形成折射率呈多重周期性变化的二维光子晶体超晶格结构的理论计算研究结果。(Appl.Phys.Lett.，Wounjhang Park和Christopher J.Summers，美国物理研究所，2004，842013～2015)。上述有关多重周期性微结构的制备工作并未能够提出较为重复性好、可进行控制的理想的制备技术。在众多的周期性微结构制备技术中，激光技术已经成为制备周期性微结构的重要方法得到了广泛的应用。利用激光进行周期性微结构制备的激光加工技术，主要有激光扫描和激光干涉等方法。激光扫描技术通过预先设计的周期性微结构图案数据利用计算机控制激光光束与光敏性物质的作用位置可得到周期性微结构，Koshiro Kaneko等人利用飞秒激光双光子聚合方法制备了具有最为复杂的周期性微结构——三维金刚石型光子晶体(Appl.Phys.Lett.，Koshiro Kaneko等，美国物理研究所，2003，831426～1428)。但是，激光扫描制备周期性微结构时，存在加工速度慢、难于进行大面积制备等缺点，不适合于大量制备的要求。激光干涉技术做为一种先进加工技术在光敏性材料的周期性微结构制备中被已经广泛应用。M.Campbell等人利用Nd:YAG纳秒脉冲激光器所产生三倍频光束(波长为355nm)作为光源，利用调整四光束干涉的角度条件，在焦点实现在时间和空间上的相干并作用于光刻胶薄膜上，获得了面心立方的三维光子晶体周期性微结构(Nature，M.Campbell等，麦克米兰出版公司，2000，40453～56)。Hong-Bo Sun等人利用钛宝石飞秒脉冲激光器所产生的波长为780nm，脉冲宽度为80fs的近红外激光光束通过四光束干涉，获得了周期性三维纳米网络微结构(Adv.Mater.，Hong-Bo Sun等，德国WILEY-VCH，2003，152011～2014)。Toshiaki Kondo等人利用钛宝石飞秒脉冲激光器所产生的波长为800nm，脉冲宽度为80fs的近红外激光光束通过四光束干涉，获得了二维阵列型周期性微结构(Appl.Phys.Lett.，Toshiaki Kondo等，美国物理研究所，2003，822758～2760)。Jan-Hendrik Klein-Wiele和Peter Simon利用染料激光器与KrF放大器组成的系统所产生的波长为248nm，脉冲宽度为500fs的紫外激光光束通过相位的控制获得了各种二维周期性微结构(Appl.Phys.Lett.，Jan-Hendrik Klein-Wiele和Peter Simon，美国物理研究所，2003，834707～4709)。Satoru Shoji和SatoshiKawata利用氦镉激光器所产生的波长为432nm的连续可见激光光束通过四光束干涉，获得了二维及三维周期性微结构(Appl.Phys.Lett.，Satoru Shoji和Satoshi Kawata，美国物理研究所，2000，762668～2670)。上述技术所获得的结构均为单一周期性结构，尚未有成功制备出多重周期性微结构的先例。
技术实现思路
本专利技术的目在于克服已有的在热敏材料中制备周期性微结构的方法，只能制备出二维及三维的单一周期性微结构，而不能制备出多重周期性微结构的缺陷；从而提供一种重复性好、并可对周期和结构进行控制的，利用激光在光敏性材料中制备具有多重周期性微结构的方法，以及提供一种利用激光在热敏材料中制备周期性微结构的系统。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术提供的利用激光在光敏性材料中制备具有多重周期性微结构的系统如图1所示，包括激光器1、分光束装置2、其特征在于，还包括计算机操纵的三维微移动系统5和在该系统上安置的汇聚光束装置3、光敏性材料4；其中在激光器1输出光路上依次设置分光束装置2、汇聚光束装置3和样品台4；激光器1产生的激光经分光束装置2分成N束相干光后到达汇聚光束装置3，调节由计算机操纵的三维微移动系统5使这些相干光束在汇聚光束装置3的后面相交，实现在时间和空间上的相干，形成多重周期结构的干涉条纹作用于放置在样品台4的光敏性材料上，通过曝光在光敏性材料中获得多重周期性微结构。在上述的技术方案中，所述的分光束装置中的分光部件，包括光衍射分束器与屏蔽器的组合或分光棱镜与反射镜的组合。所述的分光束装置2的第一种(如图2所示)，由分光部件(可以是光衍射分束器)、准直透镜6、屏蔽器7其中激光器1发出的激光经过光衍射分束器2，被分成9束后被准直透镜准6直成近平行的9束激光，此9束光的周围八束是以1∶1的比例分配，中间一束光占据的能量根据所选激光波长的不同会有差别；此9束光到达屏蔽器7，屏蔽器7使得其中的4束激光通过，其他的则被屏蔽掉。所述的屏蔽器7为多针孔光阑屏蔽器。所述的分光束装置2的另一种(如图3所示)，包括分光部件为3块分光棱镜；其中激光器1发出的激光经过1∶1的第一分光棱镜9后分为两束，此两束光再分别经过第二分光棱镜13和第三分光棱镜18实现将激光分为4束。在上述技术方案中，所述的激光经分光束装置2分成N束相干光，其中分光束装置2用光衍射分束器进行分光的，N为3束至20束，再利用多针孔光阑7选择需要的光束数；其中分光束装置2用分光棱镜8与反射镜9的组合的，N为3束或4束。在上述技术方案中，所述的汇聚N束光的装置也有两种分别如图2和图3。第一种汇聚四束光的装置如图2所示，它为一个聚焦透镜8，设置在屏蔽器7输出光路上，该聚焦透镜8的焦距为1mm-500mm，此聚焦透镜使N束光汇聚与透镜焦点处实现时间与空间上的相干，相干区域的光斑面积为(1um-1cm)。第二种汇聚四束光的装置如图3所示，它为4个反射镜11、12、16、17，通过4个反射镜可使四束光汇聚于光敏材料上，实现时间与空间上的相干，相干区域的光斑面积为0.1mm-1cm。在上述的技术方案中，所述的激光器包括连续或脉冲激光器；脉冲宽度从纳秒到飞秒范围。所述的激光器可以使用波长范围为深紫外(155nm)到近红外(1064nm)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用激光在光敏性材料中制有多重周期微结构的系统，包括激光器（１）、分光束装置（２）、其特征在于：还包括计算机操纵的三维微移动系统（５），和在该系统上安置的汇聚光束装置（３）和样品台（４）、其中在激光器（１）输出光路上依次设置分光束装置（２）、汇聚光束装置（３）和样品台（４）；激光器（１）产生的激光经分光束装置（２）分成Ｎ束相干光后到达汇聚光束装置（３），调节由计算机操纵的三维微移动系统（５）使这些相干光束在汇聚光束装置（３）的后面相交，实现在时间和空间上的相干，形成多重周期结构的干涉条纹作用于放置在样品台（４）的光敏性材料上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：段宣明，董贤子，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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