[发明专利]一种超衍射极限焦斑阵列生成装置

说明书

本发明公开了一种超衍射极限焦斑阵列生成装置。该装置使激发光束或交联光束经过相位调制，从而在样品面产生实心焦斑阵列；使淬灭光束或去交联光束经过相位调制，从而在样品面产生空心焦斑阵列，并使这两个焦斑阵列对准，最终在样品面上产生超衍射极限的焦斑阵列。上述过程由于是通过相位调制的方式产生焦斑阵列，所以生成的焦斑数量可以为任意多个，从而实现高通量的超分辨成像与激光直写，与已有的方法相比，本发明所公开的系统可以进行高速并行超分辨成像与激光直写。

技术领域

本发明涉及光学工程领域，具体是涉及一种超衍射极限焦斑阵列生成装置。

背景技术

对于光学曝光或者说光刻技术而言，其可以实现极高精度的纳米刻蚀，借助极紫外光源最高可实现5nm的加工精度，光刻技术较高的产率也使其可以满足工业化生产的要求，并已经广泛应用到半导体器件和集成电路产业之中。但是，目前的光刻技术必须依赖光学掩模板和真空的制造环境，且完整的纳米制造光刻机的成本与复杂程度极高。电子束曝光技术，借助波长极短的电子波，可以在无需掩模板的情况下实现纳米量级的加工精度，在光学掩模板和纳米器件的制备等方面发挥了不可替代的作用。但是，电子束曝光装置价格昂贵且加工速度慢，无法实现大面积制备和工业应用。同时，电子束同样必须在真空中加工，对于生物样品等很多样品就无法应用。对于激光直写特别是飞秒激光直写技术而言，它相对于传统的光刻技术有一些显著的优点。首先，由于飞秒激光直写多采用近红外波段的波长，激光束可以低损耗的聚焦到材料内部进行扫描直写，故而具有本征的真三维加工制造能力，且适用于多种材料的加工制造。而且，作为激光直写技术，其不需要掩模板和真空加工环境，因此具有良好的工业化应用前景。但是，由于激光直写技术通过聚焦光斑对样品材料进行作用，聚焦斑受到光学衍射极限限制，其最小尺度约为光波长的一半，因而加工精度受限。而且，单光束激光直写系统加工速度较慢，达不到实际生产和应用的要求。

受激辐射淬灭(STED)显微技术主要是通过使用一个空心的淬灭焦斑覆盖在衍射受限的激发焦斑上，使得焦斑外圈被激发的荧光分子在还没有发出荧光时以受激辐射的方式瞬间回到基态，而焦斑中心被激发的荧光分子正常发出的荧光被作为有效信号接收，从而获得远超衍射极限的分辨率。但是受激辐射淬灭显微技术是以对样品的单点扫描的方式成像，因此其成像的时间分辨率很低，这对大视场范围的成像产生了很大的限制，同时其淬灭光的光强较高，易造成样品的光漂白。

对于激光直写系统，直接决定其加工精度的就是聚焦光斑的尺寸，尺寸越小，加工精度越高。直接决定其加工速度的就是光束的数量，目前虽有较高精度的双光束激光直写，但是其加工速度仍然较慢。同时，对于超分辨显微成像，焦斑数量也直接决定了其成像速度。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种超衍射极限焦斑阵列生成装置，通过使用受激辐射光淬灭技术，同时在生成焦斑阵列的情况下，保证焦斑阵列单个焦斑的尺寸小于衍射极限。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种超衍射极限焦斑阵列生成装置，包括：

第一光源模块、第一反射镜、第一光调制模块、第一透镜、第二透镜、第二反射镜、第二光源模块、第三反射镜、第二光调制模块、第三透镜、第四透镜、第一二色镜、第一振镜、第二振镜、扫描透镜、第五透镜和第二二色镜；

第一光源模块发出准直左旋圆偏振光，经第一反射镜入射到第一光调制模块，经其相位调制后，再经第一透镜、第二透镜、第二反射镜入射到第一二色镜表面，经第一二色镜表面反射，再经第一振镜、第二振镜、扫描透镜、第五透镜聚焦至样品，此光束为第一光束，此光束在样品上形成空心焦斑阵列；

第二光源模块发出准直光，经第三反射镜入射到第二光调制模块，经其相位调制后，再经第三透镜、第四透镜、再经第二二色镜透射，到达第一二色镜，经第一二色镜透射，再经第一振镜、第二振镜、扫描透镜、第五透镜聚焦至样品，此光束为第二光束，此光束在样品上形成实心焦斑阵列；

第一光束的空心焦斑阵列与第二光束的实心焦斑阵列在样品上重合，从而生成超衍射极限焦斑阵列。