[发明专利]基于光纤选模耦合器的多通道并行式超分辨直写光刻系统

权利要求书

1.一种基于光纤选模耦合器的多通道并行式超分辨直写光刻系统，其特征在于，包括激发光源、抑制光源、多通道分光单元、与光纤兼容的光开关阵列、光纤选模耦合器阵列、光纤偏振态控制器阵列、对光纤选模耦合器阵列输出光场进行汇聚的空间光调制单元、三维位移台和计算机控制单元等。

激发光源发出的激发光和抑制光源发出的抑制光均依次经过多通道分光单元、光开关阵列、光纤选模耦合器阵列、光纤偏振态控制器阵列、空间光调制单元，最后到达三维位移台上搭载的光刻胶样品池。

激发光通过双光子效应在其聚焦区域引发光刻胶的光聚合；抑制光用于阻止其辐照范围内的光刻胶进行光聚合。

计算机控制单元分别控制三维位移台、光开关阵列和光纤偏振态控制器阵列。

2.根据权利要求1所述基于光纤选模耦合器的多通道并行式超分辨直写光刻系统，其特征在于，光开关阵列独立地控制光纤选模耦合器阵列中任一输入端的通断。

3.根据权利要求1所述基于光纤选模耦合器的多通道并行式超分辨直写光刻系统，其特征在于，激发光经多通道分光单元分光后，分别输入光纤选模耦合器阵列中每个光纤选模耦合器的少模输入端；抑制光经多通道分光单元分光后，分别输入光纤选模耦合器阵列中每个光纤选模耦合器的单模输入端。采用光纤选模耦合器的少模输出端所输出的光场进行直写式光刻。

4.根据权利要求1所述基于光纤选模耦合器的多通道并行式超分辨直写光刻系统，其特征在于，光纤偏振态控制器阵列安装在光纤选模耦合器阵列的少模输出端尾纤上，用于将光纤选模耦合器输出的具有涡旋光场分布的抑制光，调制为特定的偏振态分布，使抑制光在后续透镜聚焦后，其焦斑仍具有暗心环形光场分布特征。

5.根据权利要求1所述基于光纤选模耦合器的多通道并行式超分辨直写光刻系统，其特征在于，空间光调制单元用于将光纤选模耦合器阵列的少模输出端尾纤阵列输出的总光场，汇聚于光刻胶样品池中，使激发光束阵列聚焦后的焦斑均位于同一焦平面上，使焦平面上每个激发光的焦斑大小达到衍射极限，并使焦平面上的抑制光的环形焦斑覆盖激发光的高斯型焦斑的部分外围区域。

6.根据权利要求1所述基于光纤选模耦合器的多通道并行式超分辨直写光刻系统，其特征在于，多通道分光单元由空间光分光器件、将空间光耦合进光纤的光纤端口耦合器以及光纤耦合器组成。多通道分光单元用于将单一光源发出的激光束平均分为功率相等的若干份，并输入后续光纤选模耦合器阵列的相应端口。

7.根据权利要求1所述基于光纤选模耦合器的多通道并行式超分辨直写光刻系统，其特征在于，光纤选模耦合器阵列中所有光纤选模耦合器均具有相同的特征参数。

8.根据权利要求1所述基于光纤选模耦合器的多通道并行式超分辨直写光刻系统，其特征在于，光开关阵列中各光开关的消光比不小于50dB，光开关的最大调制频率应不低于1KHz。三维位移台的三方向位移的最小步长应在纳米或亚纳米量级。

9.根据权利要求1所述基于光纤选模耦合器的多通道并行式超分辨直写光刻系统，其特征在于，光开关通过集成于光纤中的声光调制器或电光调制器实现。空间光调制单元由多组光学透镜组成。空间光分光器件为半波片和偏振分束器。

10.根据权利要求1所述基于光纤选模耦合器的多通道并行式超分辨直写光刻系统，其特征在于，计算机控制单元用于控制三维位移台的位移、控制光刻过程中每一时刻光纤阵列中不同光纤的通断、控制光纤选模耦合器少模输出端的光纤偏振态控制器以保持抑制光具有环形焦斑。