[发明专利]将旋转台式激光直写装置的转轴与直写光轴对准的对准组件和方法

说明书

技术领域

本发明的实施例属于激光微纳加工领域，具体地，涉及将旋转台式激光直写装置的转轴与直写光轴对准的对准组件和方法。

技术背景

激光微纳直写技术是一种数字化的加工技术，具有加工精度高、可加工形貌复杂、加工材料广泛等优点。柱坐标系下的旋转台式激光直写技术，相对于扫描振镜加工及样品台压电或直线电机栅式扫描加工等直写技术，具有加工效率高、加工范围大、加工精度高等优点，尤其适用于中心对称的微纳结构加工，成为制作衍射微光学元件的重要技术手段。旋转台式激光直写要求激光光轴与旋转台转轴的对准。如果出现对准误差，在光学元件的加工过程中，将会对其微浮雕结构的扫描半径等参数引入误差，最终对光学元件的质量造成较大影响。

目前解决激光直写机转轴与直写光轴对准的技术主要有如下几种：旋转光栅尺，通过成像系统观察光栅条纹移动情况或通过CCD监测光栅反射的激光光斑明暗变化情况进行判断两轴是否对准，缺点是对准精度受光栅周期影响很难提高，操作较复杂；利用光电扫描显微镜对准两轴，即使误差可满足小于0.1μm，但操作复杂，成本很高；采用监测旋转的10度楔形片反射的激光对准两轴，缺点是检测精度受楔形片面型影响较大，制作高精度的写楔形反射基片非常困难。

上述方法对基于空气轴承的转轴都能够进行至少亚微米精度的对准，但在对准过程中存在较难对对准情况进行直观评估，操作复杂的问题；而普通基于机械轴承的转轴由于轴向及径向跳动较大，利用上述方法较难对对准情况进行判定，造成上述方法适用性有限。

发明内容

本发明的在于针对现有技术中的不足，提供一种结构简单、调节方便直观、适用性广泛，高精度的旋转台式激光直写机转轴与直写光轴的空间对准方法和对准组件。

根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种将旋转台式激光直写装置的转轴与直写光轴对准的对准组件，所述旋转台式激光直写装置包括激光源；激光路径，依次设置有激光调制器、第一反射镜、第二反射镜和显微物镜，来自激光源的激光束被激光调制器调制后通过第一反射镜和第二反射镜反射而入射到显微物镜上；旋转台，旋转台的台面垂直于直写光轴，

其中所述对准组件包括：

平板件，所述平板件的一侧设置有金属薄膜，平板件固定于所述旋转台的台面上，且平板件的设置有金属薄膜的一侧面向所述显微物镜；和

数字成像系统，包括照明光源、可见光分光片、图像传感器、显示器，其中来自照明光源的可见光经由可见光分光片反射后透射通过第二反射镜而通过显微物镜入射到平板件的金属薄膜上，由金属薄膜反射的可见光通过显微物镜、第二反射镜、可见光分光片而进入图像传感器，显示器显示来自图像传感器的图像。

可选地，所述的金属薄膜厚度为纳米量级，对可见光有部分透过、部分反射的特性。可选地，薄膜厚度满足透过率约50％。

可选地，所述金属薄膜为镍膜。可选地，所述平板件为玻璃平板。

可选地，显微物镜为无限远式，其成像分辨率记为0.61λ/N.A.，其中λ为光源波长，N.A.为物镜数值孔径；且数字成像系统还包括在照明光的入射方向上位于图像传感器前方的透镜，图像传感器为CCD或CMOS器件，透镜焦距为显微物镜所配套显微镜系统的筒镜焦距，CCD或CMOS器件单个像素单元的尺寸至少小于显微物镜的成像分辨率与显微物镜放大倍数之积的一半，透镜距离图像传感器的距离为镜头的焦距。

根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种利用上述的用于旋转台式激光直写装置的对准组件将旋转台式激光直写装置的转轴与直写光轴对准的方法，包括以下步骤：

(1)将激光焦点聚焦于金属薄膜表面；

(2)转动旋转台，使得激光焦点扫描金属薄膜，通过数字成像系统观察扫描轨迹；

(3)将激光焦点位置向扫描环形轨迹的圆心调节，使扫描环形轨迹的半径逐渐减小，直至最终焦点光斑落于圆环几何中心处或附近。

可选地，上述方法中，在上述步骤(1)之前，还包括步骤：

(4)调节入射激光与旋转台的台面垂直；

(5)通过肉眼观察将激光光束调节为正入射至旋转台转轴处；

(6)装配显微物镜，保证显微物镜光轴与激光光束共轴。

可选地，在使得激光焦点扫描金属薄膜的同时，调节激光功率使激光功率仅满足能够在金属薄膜上扫描出清晰的线条轨迹。

可选地，在使得激光焦点扫描金属薄膜时，选择激光直写所用的显微物镜或者数值孔径不低于激光直写所用显微物镜的数值孔径的显微物镜进行线条扫描。