[发明专利]一种基于光纤端超透镜的笔光刻系统和制备方法

说明书

本发明公开了一种基于光纤端超透镜的笔光刻系统和制备方法，属于光学微纳米结构制备技术领域。本发明在单模光纤端面借助双光子激光直写技术制备超透镜，将制备的超透镜与其他光学器件结合搭建笔光刻系统。由于超透镜能够解决现有透镜技术中存在的灵活性差、尺寸受限、效率低等问题，并且能够实现对于光束相位、幅度、偏振完全控制，克服了传统笔光刻系统体积大、成本昂贵、效率低、难以集成等问题；本系统通过结合光纤端超透镜，能够在任意基底材料和制备环境下高精度地制备微纳器件，节约制备成本和时间。

技术领域

本发明属于光学微纳米系统技术领域，尤其涉及一种基于光纤端超透镜的笔光刻系统和制备方法。

背景技术

透镜作为一种重要的光学器件，在光学仪器中应用广泛，然而传统透镜存在着较大体积、难以集成等诸多问题，透镜的尺寸、集合形状以及制造材料也会受到限制。超透镜作为传统透镜的改进，其逐渐发展完善，通过使用双光子聚合光刻技术制备高质量超透镜具有高数值孔径、微型化、可封装等特点，并且能够实现对于光束强度、相位和偏振的完全控制。因此，超透镜可作为亚波长光学器件与光纤进行集成，应用于微纳成像系统和笔光刻系统中。

在此之前，传统的笔光刻系统对于透镜要求较高，且要求使用不同类型透镜组合来搭建系统，系统所处环境也会受到限制，如需处于高真空或者液体环境等，而本发明提供一种将超透镜集成到光纤端面的设计方法，能够有效地简化系统设计，降低系统搭建成本，实现笔光刻系统的灵活应用。

发明内容

为了克服现有技术中的笔光刻系统难以集成光束、系统环境复杂等难题，本发明提供了一种基于光纤端超透镜的笔光刻系统和制备方法，在单模光纤端面借助双光子激光直写技术制备超透镜，将制备的超透镜与其他光学器件结合搭建笔光刻系统。由于超透镜能够解决现有透镜技术中存在的灵活性差、尺寸受限、效率低等问题，并且能够实现对于光束相位、幅度、偏振完全控制，克服了传统笔光刻系统体积大、成本昂贵、效率低、难以集成等问题。本系统通过结合光纤端超透镜，能够在任意基底材料和制备环境下高精度地制备微纳器件，节约制备成本和时间。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个目的在于提供一种光纤端超透镜的制备系统，包括打印装置、光学成像装置和控制器；所述的光学成像装置用于获取打印时的成像信息，所述的控制器连接打印装置和光学成像装置；

所述的打印装置包括第一飞秒激光源、第一二向色镜、第一物镜、第一压电位移平台和单模光纤支撑架；

所述的第一物镜安装在第一压电位移平台上，通过第一压电位移平台实现第一物镜的移动和转动；所述的单模光纤支撑架固定在第一物镜的正上方，第一二向色镜固定在第一物镜的正下方，所述的第一飞秒激光源发射的飞秒激光束经第一二向色镜反射后进入第一物镜中。

本发明的第二个目的在于提供一种基于光纤端超透镜的笔光刻系统，包括激光装置、笔光刻平台和光学成像装置；所述的光学成像装置用于获取笔光刻平台中的光刻成像信息；

所述的激光装置包括第二飞秒激光源、声光控制器和第二物镜；所述的第二飞秒激光源由声光控制器来控制启闭，其发射出的飞秒激光束经过第一光学路径入射至第二物镜中；

所述的笔光刻平台包括由上述光纤端超透镜的制备系统制备得到的具有端面超透镜的单模光纤、以及打印基板、第二压电控制平台；所述的打印基板安装在第二压电控制平台上，能够实现打印基板在三维空间的移动；所述的单模光纤的超透镜端与第二物镜的输出端连接，单模光纤的另一端位于打印基板的上方。

与现有技术相比，本发明的优势在于：本发明提出了一种基于多光子聚合激光直写技术制备光纤端超透镜的系统和方法，使用倒置物镜光刻在光纤端面制备超透镜，使得超透镜和光纤纤芯精确结合，仅需将外部的光聚焦于光纤端超透镜，即可通过光纤端超透镜耦合进入光纤，灵活、便于操作。