CN110187610A - 一种激光直写光刻*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光直写光刻***，具体涉及微纳光学结构图案的改进技术领域。该激光直写光刻***包括同轴线依次设置的激光器、扩束准直器、谐振腔和图像传感器，谐振腔类似于万花筒式，谐振腔包括第一凹面镜、第二凹面镜、多边形孔、输出耦合器和三面反射镜体，第一凹面镜和第二凹面镜组成谐振腔的两端，在其共焦平面形成阵列图形，多边形孔位于第一凹面镜的正前方，三面反射镜体围成谐振腔的侧壁，输出耦合器位于第一凹面镜和第二凹面镜的自共轭平面。多边形孔可以为圆形、正多边形或不规则多边形，多边形孔为对称阵列结构的基本单元。
Description
技术领域
本发明涉及微纳光学结构图案的改进技术领域，具体涉及一种激光直写光刻***。
背景技术
激光直写光刻是制作衍射光学元件的主要技术之一，包括激光直写、电子束直写、聚焦离子束直写等几种方法，相比于传统掩膜光刻，激光直写技术拥有无需掩膜，加工灵活，对基底表面平整度要求较低的优势。目前，激光直写技术主要应用于集成电路制造，材料表面处理与刻蚀，衍射光学元件加工，微纳原型器件制作等领域。上述直写技术需要极为复杂和昂贵的设备，单片写入时间较长，扫描速度慢，分辨率受限，制作成本高，并且直写技术很难精确控制轮廓深度。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，提出了一种通过采用高反射率的万花筒谐振腔作为聚焦及成像的光学元件，经过万花筒的多次反射得到具有对称结构的连续性阵列图形的激光直写光刻***。
本发明具体采用如下技术方案：
一种激光直写光刻***，包括同轴线依次设置的激光器、扩束准直器、谐振腔和图像传感器，所述谐振腔包括第一凹面镜、第二凹面镜、多边形孔、输出耦合器和三面反射镜体，第一凹面镜和第二凹面镜组成谐振腔的两端，在其共焦平面形成阵列图形，多边形孔位于第一凹面镜的正前方，三面反射镜体围成谐振腔的侧壁 ，输出耦合器位于第一凹面镜和第二凹面镜的自共轭平面。
优选地，所述多边形孔为圆形、正多边形或不规则多边形，多边形孔为对称阵列结构的基本单元。
优选地，所述三面反射镜体由三片镜面构成三角形，根据角度的不同可分为正三角形、等腰直角三角形、直角三角形、等腰三角形三面反射镜体所成像的阵列个数随着两片镜体的夹角而变化。
优选地，将所述三面反射镜体每两镜间的夹角记为θ，θ的整数倍等于 360 度，即Nθ=360，夹角越小，所阵列的图形越多。
优选地，所述激光器发出的激光束经扩束准直器后，射入到谐振腔中，在谐振腔中经过多次反射，最后通过图像传感器采集得到谐振腔中形成的对称结构的连续性阵列图形。
优选地，所述第一凹面镜的曲率半径为R1，对应的焦距为焦距分别为F= R1/2，第二凹面镜的曲率半径分别为R2，对应的焦距为F= R2/2。
本发明具有如下有益效果：
该***可以通过设置不同开孔元件的形状（如圆形、三角形等），及改变第一凹面镜和第二凹面镜的曲率半径（R1、R2）的大小及反射镜结构可以快速得到不同维数的对称结构阵列图形；由于***结构简单，操作灵活，因此加工周期短、加工成本低而将具有较大的应用价值。
附图说明
图1为激光直写光刻***示意图；
图2为万花筒式谐振腔示意图；
图3为图像传感器采集的谐振腔中形成的对称结构的连续性阵列图形；
图4为三块平面镜围成的万花筒，以等边三角形的柱体为例的示意图；
图5为 三块平面镜围成的万花筒，以等腰直角三角形的柱体为例的示意图。
其中，1为激光器，2为扩束准直器，21为第一凹面镜，22为多边形孔，23为三面反射镜体，24为输出耦合器，25为第二凹面镜，3为谐振腔，4为图像传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
如图1和图2所示，一种激光直写光刻***，包括同轴线依次设置的激光器1、扩束准直器2、谐振腔和图像传感器4（CCD），谐振腔类似于万花筒式，谐振腔包括第一凹面镜21、第二凹面镜25、多边形孔22、输出耦合器24和三面反射镜体23，第一凹面镜21和第二凹面镜25组成谐振腔的两端，在其共焦平面形成阵列图形，多边形孔22位于第一凹面镜21的正前方，三面反射镜体23围成谐振腔的侧壁 ，输出耦合器24位于第一凹面镜21和第二凹面镜25的自共轭平面。
多边形孔22为圆形、正多边形或不规则多边形，多边形孔为对称阵列结构的基本单元。
三面反射镜体23由三片镜面构成三角形，根据角度的不同可分为正三角形、等腰直角三角形、直角三角形、等腰三角形三面反射镜体所成像的阵列个数随着两片镜体的夹角而变化。具体的为将三面反射镜体每两镜间的夹角记为θ，θ的整数倍等于 360 度，即 Nθ=360，夹角越小，所阵列的图形越多。
激光器1发出的激光束经扩束准直器后，射入到谐振腔中，在谐振腔中经过多次反射，最后通过图像传感器采集得到谐振腔中形成的对称结构的连续性阵列图形。
第一凹面镜21的曲率半径为R1，对应的焦距为焦距分别为F= R1/2，第二凹面镜25的曲率半径分别为R2，对应的焦距为F= R2/2。第一凹面镜21和第二凹面镜25组成谐振腔，在共焦平面形成阵列图形，阵列图形的维数与凹面镜的曲率半径有关。
如图4所示，用三块平面镜围成的谐振腔的腔体，以等边三角形的柱体为例。若多边形孔在角的平分线的交点上，则每角都生成5个图形, 共15个图形，三个角成的像中又各有一个重叠图形，可见到12 个图形，多边形孔跟图形构成有三个重边的正六边形的图案。
如图5所示，用三块平面镜围成的谐振腔的腔体，以等腰直角三角形的柱体为例，若多边形孔在角的平分线的交点上，则45度角镜面成的像构成正八边形图案，9 0度角镜面成的像构成正四边形图案。
不稳定的腔激光器表现出过多的奇异和潜在的可利用现象， 特别是这种用于产生复杂光图案的简单***的固有能力继续引起广泛和持久的兴趣。 在20世纪90年代后期，Karman和Woerdman发现一维（1D）共焦共振器的本征模是分形 - 这些模式表现出跨越十进制数量级的细节的比例级别。 这些自再现模式曲线的分形后来被证明起源于腔放大和***外边界衍射之间的相互作用（即反馈镜）。
众所周知，万花筒是一种利用光的不同反射角度使内部产生不同图案的光学玩具，入射的光线经多组折射和三组棱镜反射过程呈现具有对称结构的连续性图形。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种激光直写光刻***，其特征在于，包括同轴线依次设置的激光器、扩束准直器、谐振腔和图像传感器，所述谐振腔包括第一凹面镜、第二凹面镜、多边形孔、输出耦合器和三面反射镜体，第一凹面镜和第二凹面镜组成谐振腔的两端，在其共焦平面形成阵列图形，多边形孔位于第一凹面镜的正前方，三面反射镜体围成谐振腔的侧壁 ，输出耦合器位于第一凹面镜和第二凹面镜的自共轭平面。
2.如权利要求1所述的一种激光直写光刻***，其特征在于，所述多边形孔为圆形、正多边形或不规则多边形，多边形孔为对称阵列结构的基本单元。
3.如权利要求1所述的一种激光直写光刻***，其特征在于，所述三面反射镜体由三片镜面构成三角形，根据角度的不同可分为正三角形、等腰直角三角形、直角三角形、等腰三角形三面反射镜体所成像的阵列个数随着两片镜体的夹角而变化。
4.如权利要求3所述的一种激光直写光刻***，其特征在于，将所述三面反射镜体每两镜间的夹角记为θ，θ的整数倍等于 360 度，即 Nθ=360，夹角越小，所阵列的图形越多。
5.如权利要求1所述的一种激光直写光刻***，其特征在于，所述激光器发出的激光束经扩束准直器后，射入到谐振腔中，在谐振腔中经过多次反射，最后通过图像传感器采集得到谐振腔中形成的对称结构的连续性阵列图形。
6.如权利要求1所述的一种激光直写光刻***，其特征在于，所述第一凹面镜的曲率半径为R1，对应的焦距为焦距分别为F= R1/2，第二凹面镜的曲率半径分别为R2，对应的焦距为F= R2/2。
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| CN113031390A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-06-25 | 广东省大湾区集成电路与***应用研究院 | 激光直写及其仿真的方法、装置 |
| CN113909698A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-11 | 之江实验室 | 一种并行穿插高速激光直写光刻的方法与装置 |
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| CN109560448A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-02 | 北京信息科技大学 | 基于飞秒激光直写fbg的c+l波段掺铒光纤激光器 |
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