[发明专利]基于光纤的高通量超分辨焦斑生成装置

说明书

本发明公开了一种基于光纤的高通量超分辨焦斑生成装置，该装置首先生成抑制光光束阵列，将每路激光耦合至涡旋光纤，既可形成携带涡旋相位的光束，又可以减少器件成本和系统空间，再通过多通道声调制器进行特异性强度调制产生高通量暗斑；同时激发光光束阵列耦合进入激发路光纤阵列，再通过多通道声光调制器进行特异性强度调制产生实心光斑的；最后两种光束阵列进行合束，通过物镜聚焦形成两种相互叠加的光斑阵列，通过暗斑对实心光斑作用范围的抑制作用形成超分辨焦斑阵列。本发明可实现对暗斑的独立调控，用以实现高通量的激光直写加工和并行超分辨显微成像，有效提升加工速度和成像速度的提升；不需要额外的调制器件，系统结构紧凑。

技术领域

本发明属于光学工程领域，尤其涉及一种基于光纤的高通量超分辨焦斑生成装置。

背景技术

近年来，飞秒激光直写微纳加工技术得到了多领域交叉的飞速发展和多样化的广泛应用，取得了一系列相关成果。作为一种非线性光加工技术，它与传统光刻技术相比具有诸多显著的优点：1、高分辨率和低热损伤。2、真三维、易集成加工、高可设计性与可控性。3、材料广泛性好、加工环境要求低。除特殊情况外，飞秒激光直写加工可以在大气、溶剂、水溶液等常见环境条件下实现的，不需高真空等特殊加工环境，因而具有良好的工业化应用前景。除特殊情况外，飞秒激光直写加工一般是在大气、溶剂、水溶液等常见环境条件下实现的，不需高真空等特殊加工环境，因而具有良好的工业化应用前景。但是，目前主流的基于单光束的飞秒激光直写加工的方法本质上受光学衍射极限限制，其聚焦斑的最小尺度约为光波长的一半，因而加工空间分辨率受到限制，无法实现更高精度和更高分辨率的加工。而对应于各领域的不同应用需求来说，线宽及分辨率达到几十个纳米甚至更高无疑会更具有吸引力。同时，单光束直写系统加工速度较慢，在很多实际场景中难以满足需求。

双光束激光直写技术在上述原有单光束激光直写技术的基础上，增加另外一束共路抑制光，在焦面上形成一个空心光斑，从而抑制发生聚合反应的区域，进而突破衍射极限，实现亚百纳米的分辨率。当前双光束激光直写技术已经得到了一定的发展。奥地利林茨大学的Klar研究组，实现了120纳米横向加工分辨率。澳大利亚顾敏院士与曹耀宇等人通过改进光胶，实现了双线横向52纳米最小分辨率加工。2019年华中科技大学的甘棕松教授团队，实现了单线宽9纳米的直写加工。

不过，目前该技术的发展仅仅是在分辨率方面获得了巨大的突破，其系统和技术方案仍属于低通量的加工范畴。要想进一步支撑未来半导体行业甚至是信息社会发展，必须将现有低通量技术发展迭代为高通量加工技术，进而成为可为工业界应用的技术。而采用多路并行加工的方式是实现高通量加工，提升加工速度最直接有效的方法。为实现多路的双光束激光直写，需要多路并行的高通量暗斑阵列来配合实现。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于光纤的高通量超分辨焦斑生成装置。