[发明专利]一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置和方法

说明书

本发明公开一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置和方法，该装置可产生N×N强度独立可控的高质量PPI阵列，每个PPI刻写点由干涉点阵暗斑和激发光重合而成，具有高通量超分辨刻写的能力。装置主要包括两路光：一路光通过四光束干涉产生等强度等间距的光斑点阵，点阵暗斑用作涡旋抑制光；另一路光通过MLA产生N×N激发光点阵，同时通过SLM和DMD分别调控各激发光的位置和强度，实现涡旋光阵列与激发光点阵精密重合且刻写点大小独立可控。该装置与方法通过产生相同刻写点大小的PPI阵列，可进行高均匀度三维结构的高通量超分辨直写加工，控制刻写点大小使其具有特定分布，还可并行加工任意曲面结构，可应用于超分辨光刻等领域。

技术领域

本发明属于微纳光学技术领域及光学元件加工制造领域，具体地，涉及一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置和方法。

背景技术

传统双光子直写技术虽然具有超衍射极限和真三维的特点，但实现的分辨率仍比较有限。在双光子直写光斑(激发光)基础上叠加涡旋光来抑制激发光外围引起的聚合反应，可将分辨率进一步提升，该方法即为边缘光抑制(Peripheral Photoinhibition,PPI)技术。目前，涡旋光主要通过涡旋相位板、SLM、DMD等来产生，已报道的文献中实现的涡旋光数量十分有限，因此虽然PPI技术将分辨率得到明显提升，但可实现的PPI刻写点数量极少，导致加工通量很低，并且各PPI刻写点的大小一般也无法独立控制，使得PPI技术在灰度刻写能力方面受到限制。此外，为得到理想的PPI刻写点，要求激发光和涡旋光精密重合，而实现两者的精密重合在实际操作过程中也是一大难点。

文献[Optics Letters,2020,45(10):2712-2715]通过四光束干涉产生抑制光点阵，点阵暗斑作为涡旋光阵列与扩束后的实心激发光重合，得到1225束STED并行光用于超分辨显微成像，同时实现了35nm的空间分辨率；但该方案中激发光直接扩束后与涡旋阵列重合，使得激发光点阵各光斑强度分布不均，也无法对各激发光斑的强度进行独立调控，此外，由于方案中视场较小等原因使得实现的STED光束数量也较为有限。

文献[OpticsLaser Technology,2019,113:407-415]将DMD和定制的双边微透镜空间滤波阵列相结合，得到了70×110的光斑点阵，大幅度提升了加工通量，同时通过DMD对各光斑剂量进行独立控制，实现了灰度光刻的功能，可以加工任意自由曲面结构，但该方案只采用单个LED紫外光源进行投影光刻，实现的分辨率有限，只有微米量级，且只能在材料表面进行加工，无法实现真正的三维结构直写。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置和方法，该装置主要包含两光路，分别用于产生间距可调的抑制光干涉点阵和强度独立可控的激发光点阵，干涉点阵暗斑和激发光点阵在物镜焦平面精密重叠形成PPI刻写阵列，可实现高均匀度复杂三维结构和任意曲面结构的高通量超分辨并行加工。

本发明的技术解决方案如下：