[实用新型]一种基于样品旋转和激光双光束干涉的微纳结构刻写装置

说明书

技术领域

本实用新型属于激光干涉刻写微纳结构技术领域，涉及一种激光干涉刻写微纳结构的装置，特别涉及一种基于样品旋转和激光双光束干涉刻写微纳结构的装置。

背景技术

微纳结构在光子晶体、衍射光栅、生物传感器等领域具有重要应用。目前利用激光干涉刻写微纳结构大都是通过两束激光在样品表面干涉刻写一维周期性光栅结构或者是利用多束激光干涉刻写复杂二维周期性结构。

现有激光干涉光刻技术存在的缺点主要是：1）利用两束激光干涉能够刻写的微纳结构仅限于一维周期性光栅，这无疑限制了光刻结构的广泛应用。2）利用多光束干涉刻写复杂二维周期性光学结构所需的光路复杂，价格昂贵，且不便于操作。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于样品旋转和激光双光束干涉的微纳结构刻写装置，对现有激光干方涉刻写微纳结构的方法和设备进行了技术改进，从而实现了多种一维或二维的微纳结构的刻写，降低了光刻成本和操作难度。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种基于样品旋转和激光双光束干涉的微纳结构刻写装置，包括He-Cd激光器、光电快门、短焦距透镜、长焦距透镜、分束器、平面反射镜A、平面反射镜B、光刻胶样品、样品旋转控制系统：所述的光电快门是控制激光束是否曝光样品以及曝光时间的开关，射出光电快门的光先后经过短焦距透镜、长焦距透镜后被扩束，再经过分束器被分为两束光强和相位均相同的相干光，并沿不同方向出射，最后通过平面反射镜A、平面反射镜B反射后辐照到光刻胶样品上对其进行曝光，通过控制样品旋转控制系统实现对光刻胶样品不同方式的旋转，进而对光刻胶样品进行不同方式的曝光，经显影、定影处理后即可得到相应的微纳结构；

所述的He-Cd激光器作为曝光刻写光源，其发射的激光可以在325nm和442nm的两种波长之间切换，且切换前后所发射的激光的间位置完全不变。

所述的光电快门用来控制是否曝光及曝光的时间；使用时，调整光电快门的开、关状态，以决定激光束是否曝光样品以及曝光时间。

所述的短焦距透镜、长焦距透镜，用于对激光束扩束，以实现大面积曝光刻写。

所述的分束器将入射的激光束分为两束强度相同的相干光，进而分别射向平面反射镜A、平面反射镜B。

所述的平面反射镜A、平面反射镜B，把经分束器射出的两束激光束反射到光刻胶样品上，从而对光刻胶样品进行曝光刻写；使用时，通过改变两平面镜的位置可改变两束激光的夹角。

所述的光刻胶样品放置在样品旋转控制系统上，控制系统可以控制样品旋转某一特定角度或连续旋转任意角度；曝光样品时，打开He-Cd激光器和光电快门，选择曝光用的激光波长，从光电快门出射的激光束先后经过短焦距透镜、长焦距透镜和分束器，再经平面镜A和平面镜B反射到光刻胶样品上对其进行曝光；同时，可以通过控制He-Cd激光器发射的激光波长和光电快门的开关状态以及样品旋转控制系统以实现对样品不同方式的旋转曝光刻写，最后得到相应的微纳结构。

本实用新型微纳结构刻写装置具有如下优点：

1）基于样品旋转和激光双光束干涉，通过多次旋转样品曝光或连续旋转样品曝光，可以刻写制备出诸如一维光栅、二维点阵、六边形、同心等间隔圆环等多种微纳结构。

2）基于样品旋转和激光双光束干涉，可实现大面积刻写，且相比于多光束干涉刻写装置，光路简单，易于操作，降低了光刻成本。

3）利用He-Cd激光器发射325nm和442nm两种波长的激光束对光刻胶样品进行曝光刻写可得到横纵周期不同的矩形点阵结构，诸如矩形点阵，梯形点阵等。

附图说明

图1是本基于样品旋转和激光双光束干涉的微纳结构刻写装置的结构示意图。

图2是以样品表面几何中心为坐标原点建立的笛卡尔坐标系的xoz平面上的光路示意图，z轴垂直于光刻胶样品表面，x轴方向是水平方向。

图3是用325nm的激光束对样品曝光刻写一次得到的一维光栅结构。

图4是用325nm的激光束在第一次曝光后，旋转样品90°并再次曝光样品相同时间可以得到的二维等周期点阵结构。

图5是用325nm的激光束曝光样品三次，旋转样品两次，每次曝光相同时间后旋转60°，得到的六边形点阵结构。

图6是用325nm的激光束，让样品连续曝光旋转180°的条件下得到的同心等间隔圆环结构。