[发明专利]超快激光制造方法及系统

说明书

公开了一种激光制造方法和激光制造系统；所述激光制造系统包括：超快激光源，配置为输出激光束；以及数字微镜器件(DMD)，配置为接收、整形和扫描所述激光束，其中多于一个的二元全息图被合成以形成应用于所述DMD的扫描全息图。包含一个或多个焦点的、离开所述DMD的经整形的激光束聚焦到样本上以用于快速激光制造。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年3月6日提交的美国临时申请No.62,639/245的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及一种超快激光制造系统。

背景技术

双光子聚合(Two-photon polymerization)是一种重要的添加制造方法，其通常是在光刻胶中通过对飞秒激光器的焦点进行光栅扫描来执行，从而引起非线性吸收过程以将亚微米特征聚合为纳米级构件块。尽管能够附加地创建纳米级特征，但是处理速率受到逐点逐层的串行扫描过程的限制。虽然已经提出了并行处理方法，例如使用微透镜阵列或空间光调制器处理的方法，但是它们通常在制造周期性结构方面受到限制或具有受损的分辨率。因此，希望具有一种在不牺牲制造分辨率的情况下显著提高吞吐量(多点写入)和写入能力(随机存取扫描)的解决方案。

发明内容

在本申请中提出了一种激光制造方法和相关的光学系统，其中使用基于二元全息图的技术以执行多点激光点控制，同时使用单个DMD进行光束整形和波前校正。

根据本申请的实施方式，激光制造系统包括：超快激光源，配置为输出激光束；数字微镜器件(DMD)，配置为接收激光束并对激光束进行整形，其中多于一个的二元全息图被合成(或叠加)以形成应用于DMD的扫描全息图；离开DMD的经整形激光束被聚焦到光刻胶，用于并行地制造单点或多点。由于一个以上的二元全息图被合成以形成应用于DMD的扫描全息图，即，可以通过单个全息图产生一个或多个焦点，所以可以通过使用单个DMD来实现多焦点扫描。

根据实施方式，由于DMD可以将负角分散引入到激光束，所以系统还可以包括分散补偿单元，该分散补偿单元配置为以正角分散将激光束从激光源传递到DMD，以中和负角分散。例如，分散补偿单元包括透射式闪耀光栅和反射镜。

根据实施方式，扫描全息图中还包括用于波前校正的波前信息，以同时实现用于多焦点扫描的光束整形和波前校正。

根据实施方式，来自激光源的激光束可以被扩展以匹配DMD的孔径。

根据实施方式，所述系统还可以包括通过一组由两个透镜组成的中继光学器件(例如4-f系统)被配置为聚焦经整形的激光束的物镜。

根据实施方式，空间滤波器可放置在中继光学器件(例如4-f系统)的后焦平面处，以空间地选择非零级光束，例如从全息图衍射的第-1级光束或第+1级光束。

根据实施方式，所述系统还可以包括显微成像系统，所述显微成像系统配置为监视由经整形的激光束执行的制造过程。

根据实施方式，所述系统还可以包括定位工作台，配置为安装和操纵待激光处理的样本。

根据实施方式，用于激光制造的方法包括：从激光源输出激光束；利用由一个以上的二元全息图合成的扫描全息图，通过数字微镜器件(DMD)对激光束进行整形；以及利用单个或多个经过整形的激光点将经整形的激光束聚焦到光刻胶，以进行并行制造。

根据实施方式，所述方法还可以包括中和由DMD引入到激光束的负角分散。

根据实施方式，扫描全息图中还包括用于波前校正的波前信息。

根据实施方式，所述方法还可以包括空间地选择扫描全息图的非零级衍射，例如第-1级衍射或第+1级衍射。

附图说明

图1示出根据本申请实施方式的DMD TPP制造系统的光学配置。