[发明专利]一种微纳米光场实时构建调制系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微纳米光场实时构建调制系统和方法，具体涉及空间滤波或空间滤波分时复用、多子波面实时、分立、连续调制的实时微纳米光场实时构建调制系统，应用于微纳米结构加工、激光共焦显微成像、生物荧光检测和微纳米形貌检测。

背景技术

干涉光刻或全息光刻是一种高效制备大幅面微纳米结构的技术，干涉光刻制备的微纳米结构，其周期由干涉光束的波长与夹角共同确定(周期大小与干涉波长成正比，与干涉光束夹角的正弦值成反比)；其取向由干涉光束的波矢决定；其条纹位相分布由干涉光束的相对位相差决定。干涉光刻可与其他技术如蒸镀、刻蚀等自由组合，为微纳米结构在光子晶体、生物医学、微电子等领域的应用提供基础。

干涉光刻系统分为分振幅(Amplitude-splitting configurations)干涉系统和分波面(Wavefront-splitting configurations)干涉系统，两种系统均通过分光器件将入射光分为两束或两束以上相干光进行干涉，通常选用半透半反镜、棱镜、光栅、衍射掩膜以及Lloyd’s镜等作为分光器件。无论采用何种分光器件实现多光束干涉，其制备的微纳米结构的结构参数为固定值，不可实时变化。即使采用万向镜(gimbal mirror)，也只能在有限的范围内改变微纳米结构的周期，而基于gimbal mirror实现周期和取向两种参数实时变化的干涉系统，其光学设置十分复杂。

为实现微纳米结构空频调制，专利U.S.patent 5,132,812及其改进专利U.S.patent 5,262,879、U.S.patent 5,822,092以及U.S.patent 5,132,812通过三组不同夹角的光束干涉形成了三种不同空频的光栅像素，实现了光栅空频的离散调制。中国专利CN01134127.0、200510095775.2、200510095776.7、CN201010238377.2以及CN201010503788.X公开了一种以二元光栅作为分光元件，通过切换不同空频的分光光栅来实现空频的离散调制。

而目前基于微纳米结构的新材料，如新型颜色显示、真彩色3D显示以及超颖表面材料(metasurface)，对光刻系统提出了周期、取向、占空比甚至图案等参数实时制备的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微纳米光场实时构建调制系统，可灵活集成于各种光刻系统中，实现微纳米结构的实时制备，亦可集成于各种显微系统中，提供可调制结构光照明。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开了一种微纳米光场实时构建调制系统，包括光源、空间过滤单元、4F光学系统和光波调制单元，所述4F光学系统包括沿光路依次设置的第一透镜(组)和第二透镜(组)，所述光波调制单元设置于所述第一透镜(组)和第二透镜(组)之间，该光波调制单元对入射光或子波面分立调制；所述空间过滤单元位于4F光学系统之前或之后，该空间过滤单元对入射光波面、光波调制单元像素选择、像素有效区域、成像面光场空间滤波中至少一个参量调控，在系统的后焦面产生图案、图案位置、图案面积以及图案结构参数实时可调的光场分布。

优选的，在上述的微纳米光场实时构建调制系统中，所述图案包括图案构成、图案位置、图案面积大小等参数。所述图案结构参数包括图案的周期、取向、相位或相移量和占空比。

优选的，在上述的微纳米光场实时构建调制系统中，所述光场分布由单个或多个干涉光场组成。

优选的，在上述的微纳米光场实时构建调制系统中，所述图案构成、位置、面积大小、以及所述图案的结构参数实时、分立或同步、连续可调。

优选的，在上述的微纳米光场实时构建调制系统中，所述光波调制单元选自下述任一方式：

(a)、所述光波调制单元为单个位相元件，对入射光调制，通过空间过滤单元限定/选择入射光场或出射光场和/或位相元件位移变化、和/或旋转，实现图案位置、图案面积以及图案结构参数可调的光场分布；

(b)、所述光波调制单元为空间变参量位相元件，该位相元件至少由两个不同结构分布的子像素组成，通过空间过滤单元选用不同的子像素实现对各子波面的光场调制，并在系统的后焦面产生实现不同图案、图案位置、图案面积的光场分布；通过分时空间滤波、和/或位相元件组件位移变化、和/或旋转实现对各子波面的光场调制，并在系统的后焦面产生结构参数可调的光场分布；