[发明专利]飞秒激光直写与DMD无掩膜光刻一体化打印设备

说明书

飞秒激光直写与DMD无掩膜光刻一体化打印设备，属于光学技术领域，包括运动平台、DMD无掩膜光刻系统投影物镜调节套筒、DMD无掩膜光刻系统投影物镜、飞秒激光直写系统显微物镜调节套筒、飞秒激光直写系统显微物镜、样品架、三维精密可控位移平台、飞秒激光直写系统以及DMD无掩膜光刻系统。本发明同时具有DMD打印高效率、低成本的特点，和飞秒激光加工高分辨率、高精度的优点，对于毫米量级的原件，可节省加工时间80％以上，同时使用多种光敏材料，能够实现大型、复杂的包括微光学元器件在内的集成结构、生物支架结构以及微流控芯片等的加工。

技术领域

本发明属于光学技术领域，特别是涉及到一种可大面积加工微纳结构的集成设备。

背景技术

飞秒激光直写是以紧聚焦飞秒激光束进行单点扫描的加工技术，通常使用显微物镜对光束聚焦，焦点处光斑大小一般只有几个微米，当激光焦点固定不动，通过程序控制所加工的样品移动，就能制备出任意图案的微结构。这种技术灵活、精度高，远低于衍射极限限定的尺寸，但在制备大面积的微结构尤其图案结构较复杂时，逐点扫描的方式耗时很长，导致加工效率很低。同时飞秒激光器的成本也很高，因此这种方法非常不利于批量生产和工业应用。现有技术中提出的飞秒激光壳层扫描配合二次曝光的加工方法，虽然节省了时间，提高了加工效率，但这种方式只适用于固态光刻胶，对于大部分的液态光敏材料，内外液体压力差会导致壳层塌陷，加工失败。因而，如何在保持加工灵活性、高精度的基础上，提高加工效率是飞秒激光微加工技术领域亟需解决的关键问题。

而基于DMD的无掩膜数字光刻系统则是通过计算机将光刻图案经图形生成器输入到DMD芯片中，根据图形中黑白像素的分布改变DMD的微反射镜的转角，并通过准直光源照射到DMD的表面形成与光刻图案一致的图像，再利用光刻镜头将该图像投影到基片表面并通过控制样品台的扫描运动，实现任意形状的大面积微结构的制备。由于DMD的微反射镜的数目多达200万个，并且每一个微反射镜都可以等效为一个独立的光源，因而其曝光过程相当于多光束逐点曝光。同时DMD微反射镜的开关频率与样品台的运行速度相匹配，能实现图形的滚动曝光，与飞秒激光直写系统相比，大大提高了系统的生产效率，降低了制作成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种飞秒激光直写与DMD无掩膜光刻一体化打印设备，同时具有DMD打印高效率、低成本的特点，和飞秒激光加工高分辨率、高精度的优点，对于毫米量级的原件，可节省加工时间80％以上，同时使用多种光敏材料，能够实现大型、复杂的包括微光学元器件在内的集成结构、生物支架结构以及微流控芯片等的加工。

飞秒激光直写与DMD无掩膜光刻一体化打印设备，其特征是：包括运动平台、DMD无掩膜光刻系统投影物镜调节套筒、DMD无掩膜光刻系统投影物镜、飞秒激光直写系统显微物镜调节套筒、飞秒激光直写系统显微物镜、样品架、三维精密可控位移平台、飞秒激光直写系统以及DMD无掩膜光刻系统，所述运动平台距离光学平台35厘米，所述DMD无掩膜光刻系统投影物镜调节套筒和飞秒激光直写系统显微物镜调节套筒均设置在运动平台上，所述DMD无掩膜光刻系统投影物镜设置在DMD无掩膜光刻系统投影物镜调节套筒上，DMD无掩膜光刻系统投影物镜与DMD无掩膜光刻系统连接；所述飞秒激光直写系统显微物镜设置在飞秒激光直写系统显微物镜调节套筒上，飞秒激光直写系统显微物镜与飞秒激光直写系统连接；所述三维精密可控位移平台与样品架连接；所述飞秒激光直写系统和DMD无掩膜光刻系统均设置在光学平台上。

所述飞秒激光直写系统包括红外飞秒激光器、衰减片、透镜Ⅰ、光闸、透镜Ⅱ、反射镜Ⅰ、振镜、透镜Ⅲ、透镜Ⅳ、二向色镜、反射镜Ⅱ、透镜Ⅴ、CCD摄像头、照明光源以及计算机Ⅰ，所述红外飞秒激光器出射激光依次经过衰减片、透镜Ⅰ、光闸以及透镜Ⅱ，经过反射镜Ⅰ反射光进入振镜，振镜出射光经过由透镜Ⅲ和透镜Ⅳ组成的望远系统和二向色镜进入飞秒激光直写系统显微物镜；所述照明光源发出的光经过飞秒激光直写系统显微物镜透过二向色镜经过反射镜Ⅱ反射，通过透镜Ⅴ聚焦后进入CCD摄像头。