[发明专利]基于液晶空间光调制器的平面和立体微纳加工装置

权利要求书

1.基于液晶空间光调制器的平面和立体微纳加工装置，其特征在于：激光器波长在采用的光刻胶或光敏树脂的感光范围内；激光器出射的激光经扩束镜和4f系统扩束后，使激光束的1/e²半径大于空间光调制器的填充对角线长度；针孔在双透镜系统的焦点处滤除光束旁瓣；空间光调制器的显示面板为硅基液晶，利用液晶的双折射效应，硅基液晶上的每个像素在0～2π的范围内调控光的相位；在空间光调制器上加载计算机全息图，再经傅里叶透镜进行傅里叶变换，在傅里叶透镜后焦面出可得到预期光场相位分布；

已知预期光强函数为I_HP(x，y)，也即期望的加工图案，则：

I_HP(x，y)＝|E_HP(x，y)|²

其中为E_SLM(x，y)为空间光调制器处电场的复指数形式，振幅和相位分别为A_SLM(x，y)和φ_SLM(x，y)，为傅里叶变换算符；空间光调制器为纯相位调控，因此只要计算出加载到空间光调制器上的相位分布φ_SLM(x，y)，称为计算机全息图，即可在傅里叶透镜的后焦面得到预期光强函数I_HP(x，y)；该加工装置具有单点加工和并行加工两种能力；单点加工即空间光调制器加载的一张计算机全息图仅重现一个加工图案，适用于加工图案比较复杂的情况；并行加工指空间光调制器加载的一张计算机全息图重现若干个子图案，适用于图案简单且具有周期性时；在加工平面微纳结构时，用GS算法；

该加工装置的实施流程如下：

步骤(1)给定预期光强函数I_HP(x，y)、光源强度分布函数I_s(x，y)和初始相位I_s(x，y)与组成入射平面的初始复振幅A₀(x，y)，对初始复振幅进行傅里叶变换得到衍射面的复振幅A₁(x，y)，光强和相位分别为I₁(x，y)和

步骤(2)保留衍射面复振幅中A₁(x，y)的相位将光强替换为预期光强函数I_HP(x，y)，得到复振幅A′₁(x，y)；

步骤(3)对复振幅A′₁(x，y)进行傅里叶逆变换，提取结果中的相位信息并将初始复振幅A₀(x，y)中的相位替换为重复步骤(1)，反复迭代；满足精度要求后提取入射平面的相位，导入空间光调制器，便可于傅里叶透镜的后焦面重现预期光强函数I_HP(x，y)；

加工立体微结构时，预期光强函数I_HP(x，y)是三维的，采用点源计算法重构三维光场，实现立体微结构的一次体积成型；

点源计算法步骤如下：

步骤1、利用计算机辅助设计软件完成待加工结构的三维模型，然后编程将三维模型离散化，以三维矩阵的方式导出其坐标点；

步骤2、将三维模型的每个坐标点视作点光源，每一个点光源到全息面的传播按照夫琅禾费衍射进行计算，把所有坐标点经过夫琅禾费衍射到达全息面的球面波复振幅的进行叠加，便得到了三维物体的计算全息图；

步骤3、将计算全息图导入空间光调制器，在参考光的照射下，可在傅里叶透镜的后焦面出对三维模型进行重建。

2.根据权利要求1所述的基于液晶空间光调制器的平面和立体微纳加工装置，其特征在于：为实现对微纳加工过程的监控以及加工光路的对焦，在透镜与显微物镜之间插入第一分束镜和第二分束镜，并在垂直加工光路的方向上放置一相机，为CMOS或CCD相机；调整相机位置，使相机到微纳加工成像面之间的光程与傅里叶透镜后焦面到微纳加工成像面之间的光程近似相等，再调节压电式物镜位移台，直到相机可观察到微纳加工成像面上清晰的曝光光斑，完成加工光路的对焦。

3.根据权利要求1所述的基于液晶空间光调制器的平面和立体微纳加工装置，其特征在于：显微物镜的工作平面处即为微纳加工的成像面，根据实验需要，放置旋涂有光刻胶的基底或盛有光敏树脂的比色皿。