1.本发明涉及激光直写加工领域，尤其涉及一种多通道并行超分辨激光直写系统。


背景技术：

2.传感器技术是当今信息系统的三大支柱之一，可以极大地拓展人类对自然和社会的感知能力，在未来的物联网和智能社会中将会扮演重要的角色。而微纳制造技术是传感器的发展中的核心角色之一。然而，目前几种主流的微纳制造技术，在产业发展中发挥重要作用的同时，也不可避免的存在着一些方面的不足和缺陷。如极紫外光源可以实现极高精度的纳米刻蚀，但必须依赖光学掩模板和真空的制造环境，且完整的纳米制造光刻机的成本与复杂程度极高；如电子束曝光技术可以在无需掩模板的情况下实现纳米量级的加工精度，但装置价格昂贵且加工速度慢，无法实现大面积制备和工业应用；如单光束激光直写系统，不需要掩模板和真空加工环境，但加工速度较慢，达不到实际生产和应用的要求。
3.因此在当前的技术背景下，人们急需开发一种可以在常温空气中实现高精度、快速加工制造能力的纳米光刻装置。


技术实现要素：

4.鉴于此，本发明实施例提供一种高通量的多通道并行超分辨激光直写系统，以解决现有技术中存在的加工速度慢的问题。
5.根据本发明实施例，提供一种多通道并行超分辨激光直写系统，其特征在于，包括：用于产生直写路光束的第一激光器、用于产生抑制路光束的第二激光器、至少一个直写-抑制光束组合单元、二级合束模块和刻写模块，所述直写路光束和所述抑制路光束同时入射到所述直写-抑制光束组合单元后形成一对直写-抑制光束组合，之后再依次经过所述二级合束模块和所述刻写模块，形成直写-抑制光斑组合。
6.进一步地，所述直写-抑制光束组合单元包括第一防漂模块、第二防漂模块、第一二级分光模块、第二二级分光模块、第一能量调控模块、第二能量调控模块、第三能量调控模块、第四能量调控模块、第一波前调控模块、第二波前调控模块、第三波前调控模块、第四波前调控模块、第一一级合束模块和第二一级合束模块，其中：
7.所述直写路光束依次经过所述第一防漂模块和第一二级分光模块后形成第一直写路子光束和第二直写路子光束，所述第一直写路子光束依次经过第一能量调控模块和所述第一波前调控模块，所述第二直写路子光束依次经过第二能量调控模块和所述第二波前调控模块
8.所述抑制路光束依次经过所述第二防漂模块和第二二级分光模块后形成第一抑制路子光束和第二抑制路子光束，所述第一抑制路子光束依次经过第三能量调控模块和所述第三波前调控模块，所述第二抑制路子光束依次经过第四能量调控模块和所述第四波前调控模块；
9.所述第一波前调控模块和所述第三波前调控模块出射的光束通过所述第一一级
合束模块后形成一路直写-抑制光束组合；所述第二波前调控模块和所述第四波前调控模块出射的光束通过所述第二一级合束模块后形成另一路直写-抑制光束组合。
10.进一步地，所述第一防漂模块和第二防漂模块用于光路的稳定和自适应调节。
11.进一步地，所述第一二级分光模块用于将所述直写路光束分为偏振方向互相垂直的第一直写路子光束和第二直写路子光束；
12.所述第二二级分光模块用于将抑制路光束分为偏振方向互相垂直的第一抑制路子光束和第二抑制路子光束。
13.进一步地，所述第一能量调控模块、第二能量调控模块、第三能量调控模块和第四能量调控模块用于对光束能量稳定和通断调控。
14.进一步地，所述第一波前调控模块和第二波前调控模块用于对光束的两个偏振分量进行调制。
15.进一步地，所述第一一级合束模块用于对第一直写路子光束和第一抑制路子光束产生的光束中心进行合束，形成一路直写-抑制光束组合；
16.所述第二一级合束模块分别用于对第二直写路子光束和第二抑制路子光束产生的光束中心进行合束，形成另一路直写-抑制光束组合。
17.进一步地，所述第一一级合束模块包括第一二分之一波片、第二二分之一波片和第一二向色镜，所述第一二分之一波片和第二二分之一波片分别布置在所述第一二向色镜两个入射面。
18.进一步地，所述第二一级合束模块包括第三二分之一波片、第四二分之一波片和第二二向色镜，所述第三二分之一波片和第四二分之一波片分别布置在所述第二二向色镜两个入射面。
19.进一步地，所述二级合束模块包括沿光束方向依次步骤的反射镜组、4f系统透镜组和合束反射镜。
20.本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
21.由上述实施例可知，本发明实施例将直写路光束和所述抑制路光束同时入射到所述直写-抑制光束组合单元后形成一对直写-抑制光束组合，之后再依次经过所述二级合束模块和所述刻写模块，形成直写-抑制光斑组合，通道数由直写-抑制光束组合单元的数量决定，通过多通道并行刻写，实现了多个焦斑并行ppi直写加工，克服了传统单路激光直写加工系统速度慢，加工效率低的问题，将刻写速度成倍提升。
22.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
23.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
24.图1是根据一示例性实施例示出的一种多通道并行超分辨激光直写系统的结构示意图。
25.图2是根据一示例性实施例示出的直写-抑制光束组合单元的结构示意图。
26.图3是根据一示例性实施例示出的第一一级合束模块的结构示意图。
27.图4是根据一示例性实施例示出的第二一级合束模块的结构示意图。
28.图5是根据一示例性实施例示出的二级合束模块的结构示意图。
29.图6是根据一示例性实施例示出的直写光斑和抑制光斑的示意图。
30.图7是根据一示例性实施例示出的十对直写-抑制光斑示意图。
31.图中的附图标记有：
32.1、第一激光器；
33.2、第二激光器；
34.3、直写-抑制光束组合单元；301、第一防漂模块；302、第二防漂模块；303、第一二级分光模块；304、第二二级分光模块；305、第一能量调控模块；306、第二能量调控模块；307、第三能量调控模块；308、第四能量调控模块；309、第一波前调控模块；310、第二波前调控模块；311、第三波前调控模块；312、第四波前调控模块；313、第一一级合束模块；314、第二一级合束模块；315、反射镜；3131、第一二分之一波片；3132、第二二分之一波片；3133、第一二向色镜；3141、第三二分之一波片；3142、第四二分之一波片；3143、第二二向色镜；
35.4、二级合束模块；401、反射镜组；402、4f系统透镜组；403、合束反射镜；
36.5、刻写模块；
37.6、实际作用区域；
38.7、被抑制区域。
具体实施方式
39.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
40.在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
41.图1是根据一示例性实施例示出的一种多通道并行超分辨激光直写系统的结构示意图，参考图1，本发明实施例提供一种多通道并行超分辨激光直写系统，可以包括：用于产生直写路光束的第一激光器1、用于产生抑制路光束的第二激光器2、至少一个直写-抑制光束组合单元3、二级合束模块4和刻写模块5，所述直写路光束和所述抑制路光束同时入射到所述直写-抑制光束组合单元3后形成两对直写-抑制光束组合，之后再依次经过所述二级合束模块4和所述刻写模块5，形成直写-抑制光斑组合，从而实现多通道并行超分辨激光直写。
42.由上述实施例可知，本发明实施例将直写路光束和所述抑制路光束同时入射到所述直写-抑制光束组合单元后形成一对直写-抑制光束组合，之后再依次经过所述二级合束模块和所述刻写模块，形成直写-抑制光斑组合，通道数由直写-抑制光束组合单元3的数量决定，通过多通道并行刻写，实现了多个焦斑并行ppi直写加工，克服了传统单路激光直写加工系统速度慢，加工效率低的问题，将刻写速度成倍提升。
43.在本发明一实施例中，所述第一激光器1用于产生直写路光束，本实例采用x-780nm飞秒激光器发出的780nm激光为直写路光束；所述用第二激光器2于产生抑制路光束，本实施例采用y-532nm连续激光器发出的532nm激光为抑制路光束。
44.在本发明一实施例中，参考图1，本发明实施例提供的一种多通道并行超分辨激光直写系统的通道数由直写-抑制光束组合单元3决定，图1中示出了5个，现以5个直写-抑制光束组合单元3为例，5个直写-抑制光束组合单元3可以实现十通道并行超分辨激光直写。
45.由第一激光器1和第二激光器2发出的激光首先经过分光，分别入射到结构相同的五个直写-抑制光束组合单元3，在五个直写-抑制光束组合单元3的每个单元中各形成两对直写-抑制光束组合，共形成l1-l10十个直写-抑制光束组合。下面对直写-抑制光束组合单元3的内部构造进行细化说明。
46.参考图2，所述直写-抑制光束组合单元3包括第一防漂模块301、第二防漂模块302、第一二级分光模块303、第二二级分光模块304、第一能量调控模块305、第二能量调控模块306、第三能量调控模块307、第四能量调控模块308、第一波前调控模块309、第二波前调控模块310、第三波前调控模块311、第四波前调控模块312、第一一级合束模块313和第二一级合束模块314，其中：所述第一防漂模块301和第二防漂模块302用于光路的稳定和自适应调节；所述第一二级分光模块303用于将所述直写路光束分为偏振方向互相垂直的直写光束第一直写路子光束和第二直写路子光束；所述第二二级分光模块304用于将抑制路光束分为偏振方向互相垂直的第一抑制路子光束和第二抑制路子光束。所述第一能量调控模块305、第二能量调控模块306、第三能量调控模块307和第四能量调控模块308用于对光束能量稳定和通断调控。所述第一波前调控模块309和第二波前调控模块310用于对光束的两个偏振分量进行调制。所述第一一级合束模块313用于对第一直写路子光束和第一抑制路子光束产生的光束中心进行合束，形成一路直写-抑制光束组合；所述第二一级合束模块314分别用于对第二直写路子光束和第二抑制路子光束产生的光束中心进行合束，形成另一路直写-抑制光束组合。
47.具体地，所述直写路光束依次经过所述第一防漂模块301和第一二级分光模块303后形成第一直写路子光束和第二直写路子光束，所述第一直写路子光束依次经过第一能量调控模块305和所述第一波前调控模块309，所述第二直写路子光束依次经过第二能量调控模块306和所述第二波前调控模块310；
48.所述抑制路光束依次经过所述第二防漂模块302和第二二级分光模块304后形成第一抑制路子光束和第二抑制路子光束，所述第一抑制路子光束依次经过第三能量调控模块307和所述第三波前调控模块311，所述第二抑制路子光束依次经过第四能量调控模块308和所述第四波前调控模块312；
49.所述第一波前调控模块309和所述第三波前调控模块311出射的光束通过所述第一一级合束模块313后形成一路直写-抑制光束组合l1；所述第二波前调控模块310和所述第四波前调控模块312出射的光束通过所述第二一级合束模块314后形成另一路直写-抑制光束组合l2。
50.所述第一能量调控模块305、第二能量调控模块306、第三能量调控模块307、第四能量调控模块308结构相同，均包括电光调整器和二分之一波片，用于光斑能量的调控和开关。
51.所述第一波前调控模块309、第二波前调控模块310、第三波前调控模块311、第四波前调控模块312结构相同，均包括空间光调制器和二分之一波片，用于控制光束的波前。
52.如图3所示，为本发明中第一一级合束模块的结构示意图。所述第一一级合束模块313包括第一二分之一波片3131、第二二分之一波片3132和第一二向色镜3133，所述第一二分之一波片3131和第二二分之一波片3132分别布置在所述第一二向色镜3133两个入射面。第一直写路子光束通过第一二分之一波片3131和第一抑制写路子光束通过第二二分之一波片3132同时进入第一二向色镜3133进行合束，形成一路直写-抑制光束组合l1。
53.如图4所示，为本发明中第二一级合束模块的结构示意图。所述第二一级合束模块314包括第三二分之一波片3141、第四二分之一波片3142和第二二向色镜3143，所述第三二分之一波片3141和第四二分之一波片3142分别布置在所述第二二向色镜3143两个入射面。第二直写路子光束通过第三二分之一波片3141和第二抑制路子光束通过第四二分之一波片3142同时进入第二二向色镜3143进行合束，形成另一路直写-抑制光束组合l2。
54.需要说明的是，为了转折光路及调节光斑位置，在图2中，在第一防漂模块301和第一二级分光模块303之间布置一块反射镜315进行光路角度的变化，在第二防漂模块302和第二二级分光模块304之间布置一块反射镜315进行光路角度的变化；在第一二级分光模块303和第一能量调控模块305之间、第一能量调控模块305和所述第一波前调控模块309之间、在第一二级分光模块303和第二能量调控模块306之间、第二能量调控模块306和所述第二波前调控模块310之间、第二二级分光模块304和第三能量调控模块307之间、第二二级分光模块304和第四能量调控模块308之间均布置有两块第反射镜315进行光路角度的变化；第三波前调控模块311和第一一级合束模块313之间、第四波前调控模块312和第二一级合束模块314之间均布置有一块反射镜315进行光路角度的变化。
55.在本发明一实施例中，如图5所示，为本发明中二级合束模块4的结构示意图。所述二级合束模块4用于对五个直写-抑制光束组合单元3出射的光束l1-l10进行合束，包括沿光束方向依次步骤的反射镜组401、4f系统透镜组402和合束反射镜403。
56.直写-抑制光束组合l1进入二级合束模块4后依次经过反射镜组401、4f系统透镜组402和合束反射镜403。反射镜组401用于光路折转和调节，4f系统透镜组402用于调整光程；合束反射镜403用于调节光束合束角度。l2-l10光路原理与l1相同。之后相邻光束间形成2
°
的夹角，同时入射到刻写模块5的物镜中，形成十对直写-抑制光斑组合。
57.如图6所示，其中(a)为直写光斑为实心光斑，(b)为抑制光斑为空心光斑，(c)为叠加光斑，叠加光斑中有实际作用区域6和被抑制区域7，传统单路在焦面上只有一个光斑。
58.如图7所示，在本发明实施例中，首先经过一级合束模块，形成两对直写-抑制光束组合，再经过二级合束模块4，形成十对直写-抑制光斑组合，将加工速度提升至传统单路直写加工的十倍(十通道就是十倍)。
59.本发明实施例通过十通道并行刻写，实现了十个焦斑并行ppi直写加工，克服了传统单路激光直写加工系统速度慢，加工效率低的问题，将刻写速度提升了十倍，并采用两级分光实现了光源复用，利用ppi技术获得了更高的特征尺寸和加工分辨率，同时利用波前调制实现每个光斑能量的独立调控。
60.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或
者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
61.应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。