[发明专利]一种基于边缘光抑制的共路相位调制激光直写方法与装置

说明书

本发明公开了一种基于边缘光抑制的双光束共路相位调制激光直写方法与装置，包括引发光刻胶产生聚合反应的激发光源和抑制（或中断）光刻胶聚合的抑制光源。两束准直光以互相垂直的线偏振态进行合束，合束后的两束光经过同一个空间光调制器（SLM）进行相位调制。将所述SLM分成两部分，对应偏振的激发光被SLM第一部分调制相位进行像差校正，最后经过物镜聚焦形成圆形实心光斑；与激发光偏振相垂直的抑制光被SLM第二部分调制相位，最后经过物镜聚焦形成环形空心光斑。激发光的圆形实心光斑与抑制光环形空心光斑中心重合。本发明通过将SLM进行区分复用，对基于边缘光抑制的激光直写技术的双光束同时进行光场调控，实现共路相位调制。

技术领域

本发明涉及超精密光学刻写领域，具体地，涉及一种基于边缘光抑制的共路相位调制激光直写方法与装置。

背景技术

激光直写技术是一种通过激光在具有感光涂层的基片上进行扫描，直接产生所需刻写图形的微纳加工方法，无需掩模版，具有成本低、灵活性强的特点。随着纳米技术的不断发展，在各个领域中所要求加工的器件结构的尺寸越来越小。然而，任何光学系统都受到光学衍射的限制，在激光直写系统中，其分辨率始终局限在R=kλ/NA（其中，k为与刻写工艺相关的常数，λ为激光波长，NA为刻写物镜的数值孔径），因此提高激光直写技术的分辨率成了迫切需求。

随着飞秒脉冲激光的出现，在直写过程中引入光与材料的双光子吸收非线性效应，实现三维复杂微纳结构的加工，将横向直写分辨率提升至亚百纳米尺度，并大幅提升轴向分辨率。此外，受到超分辨显微成像中受激辐射损耗显微成像技术（STED）的启发，激光直写技术利用双光束同时作用于光刻胶，其中一束汇聚的高斯光作用于光刻胶上使其引发聚合反应，另一束空心光汇聚于实心光斑边缘，使其产生边缘光抑制效应（PeripheralPhotoinhibition, PPI），从而抑制实心光斑边缘区域的聚合反应，仅使空心光斑中心区域光强接近于零附近的区域产生聚合，将直写分辨率提升至亚50 nm。

在现有的基于边缘光抑制的双光束激光直写技术中，通常通过涡旋相位板调制抑制光束的相位使其变成空心光斑，这种方法在进行光斑调制时无法灵活调控调制相位，在进行光路调节中无法补偿系统带来的像差问题。为了解决这个问题，通过引入SLM对抑制光进行光场调控，这种方法可以任意设置光场所加载的相位，灵活调制光斑形状，并同时补偿光路中引入的像差。然而，这种方法只能调制抑制光束的相位，而无法保证激发光路因像差而引入的光斑变形等问题。

基于以上背景，本发明通过将SLM进行区分复用，对基于边缘光抑制的激光直写技术中的双光束同时进行光场调控，实现共路相位调制，可以同时校正双光束光路中引入的像差，在保证双光束获得所需调制光斑基础上，增加了系统光路稳定性，SLM像素利用率高，减少器件的使用，使系统结构更加紧凑。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于边缘光抑制的双光束共路相位调制激光直写装置。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于边缘光抑制的双光束共路相位调制激光直写装置，包括用于引发光刻胶产生光聚合反应的激发光路、用于抑制光刻胶光产生光聚合反应的抑制光路、激发光与抑制光的合束光路，

所述激发光光路依次经过第一激光器、第一缩束器、第一声光调制器、第一扩束器、第一反射镜和第一半波片；

所述抑制光光路依次经过第二激光器、第二缩束器、第二声光调制器、第二扩束器和第二半波片；

所述合束光光路依次经过偏振合束器、第三半波片、第二反射镜、SLM第一部分、第一四分之一波片、第三反射镜、第一四分之一波片、SLM第二部分、第四反射镜、第一透镜、第五反射镜、场镜、第一四分之一波片、物镜、精密位移平台、光刻胶样品；

还包括：计算机，所述计算机分别与第一声光调制器、第二声光调制器、SLM和精密位移平台连接。