[发明专利]基于旋转达曼光栅的多路并行激光直写装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光直写装置，特别是一种基于旋转达曼光栅的多路并行激光直写装置和方法。

背景技术

现代社会进入了纳米微加工时代。微纳米加工技术对于光电子产业发展的巨大推动作用，成为各国政府、科学界以及企业界高度重视的领域，目前已经在全世界范围内形成了一个微纳米光学的研究高潮。

光栅作为微纳光学器件的典型代表，已广泛应用于国防、科研和国民经济的许多领域。随着大功率激光器在宇宙探测，精密加工和军事航天上面的逐渐应用，作为其必须关键器件的大面积衍射光栅成为制约高功率激光装置广泛应用的关键技术之一。应用于实验研究和工业生产中，但国内的激光直写技术和工艺水平与国外相差巨大，远不能满足国家高技术领域的实际需求，急需开展激光直写光刻系统和相关材料、原理和工艺的研究。微纳米加工技术在微电子、集成光学（DOEs）、微机电系统（MEMs）、光磁存储器、生物芯片传感器、纳米电子学、能量转换与储存器件、光子晶体、光通讯都有广泛的应用。目前，国外的激光直写技术发展迅速，甚至有部分已经投入产品生产中；但是在国内，激光直写技术的研究才刚刚起步，虽然国内某些研究所已经研究出了一些激光直写装置，但是无论从刻写速度还是刻写面积来看都不尽如人意。

针对制作大尺寸光栅，在先前的专利“用激光直写装置制造光栅的方法”（公开号CN1424594A）提出了用一种激光直写系统来刻写光栅，解决了非周期光栅刻写的问题，但未解决光栅刻写速度慢的缺点；此后范永涛的“激光直写装置”（申请号201110042855.7）“光栅高速直写装置”（申请号201110148471.3）一定程度上加快了直写的速度，但是单点刻写的速度仍然无法完全满足大光栅制造的速度要求；然后曹武刚等人的“多光束激光并行直写光栅的装置以及光栅直写的方法”（申请号201110188988.5）以及朱锋的“多光束并行激光直写装置及其直写方法”（201210112339.1）通过达曼光栅分束实现了并行直写，刻写速度上有重大的突破。然而仅仅利用一维达曼光栅进行分束，并没有充分利用达曼光栅进行极大的提速，为了刻写大面积光栅，我们需要在刻写速度上进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于旋转达曼光栅的多路并行激光直写装置和方法，该装置充分利用达曼光栅分束的特点，可实现并行直写光栅；通过旋转一维达曼光栅，来实现变周期刻写光栅；通过旋转二维达曼光栅，能上千倍地提高刻写速度，从而实现更高效更快速的刻写。本装置适用于刻写大面积高密度的光栅。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于旋转达曼光栅的多路并行激光直写装置，特点在于该装置包括激光刻写光路、自聚焦模块和电子控制模块；

所述的激光刻写光路依次包括405nm蓝光激光器、小孔光阑、阔束透镜组、装有达曼光栅的精密转台、阔束透镜、渐变折射滤波片、阔束透镜、反射镜、光谱分光镜、显微物镜，光束经过显微物镜后聚焦在水平调平台上的待刻写的光栅模板上；

所述的自聚焦模块包括红光光纤激光器、偏振分光棱镜、四分之一波片、光谱分光镜、滤光片、透镜、柱面透镜和四象限探测器，所述的红光光纤激光器输出的激光经偏振分光棱镜反射后经四分之一波片由线偏振光变成圆偏振光，经过光谱分光镜、显微物镜后照射在水平调平台上的待刻写光栅模板上，被待刻写光栅模板反射后的信号光沿原光路返回，经所述的四分之一波片变成与原光束偏振方向垂直的线偏振光，后透过所述的偏振分光棱镜、滤光片、透镜、柱面透镜由所述的四象限探测器采集信号；

所述的电子控制模块包括计算机及计算机控制的压电陶瓷、精密移动平台，所述的水调平台置于所述的精密移动平台上，所述的计算机的输入端与所述的四象限探测器的输出端相连。

利用所述的旋转达曼光栅多路并行激光直写装置进行光栅直写的方法，包括以下步骤：

①根据要刻写的光栅的周期和面积大小，计算出达曼光栅旋转的角度，并用装有达曼光栅的精密转台将达曼光栅旋转到所述的达曼光栅旋转的角度；

②在计算机软件上设置好相应的参数：精密移动平台移动的速度、自聚焦模块的目标离焦误差信号值；

③在蓝光激光器的光束被挡住的情况下，在水调平台上放置待刻写的光栅模板，并通过自聚焦模块锁定焦点；

④让刻写光路保持通畅，并同时开启所述的精密移动平台，开始刻写光栅；

⑤待刻写完毕，经过显影、去铬、刻蚀来得到光栅成品。主要包括激光刻写光路，自聚焦模块和电子控制模块。

本发明的技术效果：