專利名稱：用于光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于飛秒激光微納加工領(lǐng)域，涉及一種通過(guò)超衍射相位調(diào)制實(shí)現(xiàn)聚焦光斑三維壓縮的光學(xué)器件設(shè)計(jì)方法及其加工工藝。

背景技術(shù)：
據(jù)機(jī)械工業(yè)出版社2006年出版的《工程光學(xué)》(第2版)一書(shū)第353—355頁(yè)介紹，由于衍射現(xiàn)象的普遍存在，普通光學(xué)系統(tǒng)中，點(diǎn)物或點(diǎn)光源成像后不再是一個(gè)理想點(diǎn)，而是在其像面附近拓展成一定的空間光場(chǎng)分布，即成像系統(tǒng)對(duì)點(diǎn)物在它像面上所成的像是夫瑯和費(fèi)衍射圖樣，該衍射圖樣被稱為艾里斑。由瑞利判據(jù)知，艾里斑的大小能夠反映光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，艾里光斑半徑與光波波長(zhǎng)成正比，與物鏡數(shù)值孔徑成反比。但在實(shí)際使用中，減小光波波長(zhǎng)受到發(fā)光材料和激光技術(shù)的限制，數(shù)值孔徑的增大則受到光學(xué)材料和光學(xué)鏡頭設(shè)計(jì)的制約，減小衍射光斑尺寸是非常有限的。
據(jù)《飛秒激光雙光子三維微細(xì)加工技術(shù)的研究》(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文，2004年)介紹，在飛秒激光加工系統(tǒng)中，基于雙光子吸收的高分子材料的光固化加工中，會(huì)聚光斑的光強(qiáng)分布為橢球形，且光斑縱向(光軸)尺寸比橫向(焦平面)尺寸大約3倍，不僅使得沿光軸方向的加工分辨率相對(duì)較低，同時(shí)，也難以有效地應(yīng)用于諸如雙光子三維存儲(chǔ)或者高度方向上結(jié)構(gòu)復(fù)雜物體的加工。
據(jù)美國(guó)“Optical Society of America”2004年出版的《APPLIED OPTICS》(Vol.43，No.22August 2004/p4233-4327)介紹，Colin J.R.Sheppard等人對(duì)利用在相位型和振幅型平板濾波器進(jìn)行了理論分析，給出了在橫向或縱向克服衍射極限的初步結(jié)論，但是未給出其實(shí)際應(yīng)用的方法。
據(jù)美國(guó)“Optical Society of America”2003年出版的《OPTICS LETTERS》(Vol.28，No.8/April，2003-p607—609)設(shè)計(jì)了一系列的環(huán)形二元相位型光瞳濾波器，解析地推導(dǎo)出了表征濾波器的參數(shù)，并提出了一種超衍射連續(xù)相位板，以期其超衍射技術(shù)的高分辨率性質(zhì)能在多方面應(yīng)用，但是，其僅是設(shè)計(jì)分析計(jì)算，未給出設(shè)計(jì)結(jié)果和制造等應(yīng)用。
據(jù)美國(guó)“Optical Society of America”2004年出版的《OPTICS LETTERS》(Vol.29，No.23/December，2004-p2746—2748)介紹，周常河等人設(shè)計(jì)了一種在橫向?qū)崿F(xiàn)超分辨的相位型濾波器，獲得了0.8的橫向壓縮比應(yīng)用在單層高密度光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中，但是，其是在橫向?qū)崿F(xiàn)超衍射，未能實(shí)現(xiàn)三維的超衍射分辨。
據(jù)美國(guó)“Optical Society of America”2005年出版的《OPTICS EXPRESS》(Vol.13，No.16/August 2005/p6168-6174)介紹，Gibert Boyer等人通過(guò)在雙光子掃描顯微鏡的照明光路里插入一個(gè)三環(huán)的振幅型濾波器獲得了準(zhǔn)球形的焦斑，在三維成像時(shí)獲得三個(gè)方向相同的成像質(zhì)量，但是，其幅值調(diào)制在需要較大功率的激光微納加工中難以應(yīng)用。
據(jù)美國(guó)“Optical Society of America”2003年出版的《OPTICS LETTERS》(Vol.28，No.1/January 1，2003/-p55-57)和2005年出版的《OPTICS EXPRESS》(Vol.13，No.19/September2005/p7288-7297)介紹，利用在聚焦物鏡前設(shè)置一個(gè)矩形孔隙，并通過(guò)對(duì)矩形孔尺度的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)聚焦光斑的三維空間調(diào)制，但是其中的幅值調(diào)制將嚴(yán)重降低出射光斑的功能，在需要較大功率的飛秒激光加工中難以應(yīng)用。
據(jù)中國(guó)2007年出版的《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)》(Vol.37，No.7，2007，p748-752)介紹，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)從理論上得到了二元相位型超衍射光學(xué)調(diào)制元件，通過(guò)在光學(xué)調(diào)制元件的厚度方向的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)超衍射，但是，其在厚度方向的數(shù)納米量級(jí)的變化，在現(xiàn)階段的制造和測(cè)量評(píng)價(jià)等存在困難，故難以制造來(lái)在飛秒激光加工系統(tǒng)中來(lái)實(shí)現(xiàn)超分辨率的提高。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種光斑三維壓縮超衍射相位調(diào)制片及其加工方法，以在不降低平均光強(qiáng)下，改善光斑形狀，提高飛秒激光加工系統(tǒng)的加工分辨率。
本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種用于光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片，包括有調(diào)制片，其特征在于其結(jié)構(gòu)為下列二者之一 (1)、調(diào)制片中心為凸起的圓臺(tái)，所述的凸起的圓臺(tái)外側(cè)為環(huán)形平底凹槽，所述的環(huán)形平底凹槽外側(cè)為環(huán)形凸臺(tái)，以此類推，所述的凸起的圓臺(tái)、環(huán)形平底凹槽、環(huán)形凸臺(tái)的表面處于同一平面，各環(huán)形平底凹槽的深度相同； (2)、或者，調(diào)制片中心為圓形平底凹槽，圓形平底凹槽外側(cè)為環(huán)形凸臺(tái)，環(huán)形凸臺(tái)外側(cè)為環(huán)形平底凹槽，以此類推，所述的圓形平底凹槽、環(huán)形凸臺(tái)、環(huán)形平底凹槽的表面處于同一平面，各環(huán)形平底凹槽的深度相同；所述的環(huán)形凸臺(tái)、環(huán)形平底凹槽的截面均為矩形； (1)、(2)所述的調(diào)制片的結(jié)構(gòu)通過(guò)以下計(jì)算確定 利用對(duì)惠更斯—菲涅爾原理進(jìn)行直接衍射積分，計(jì)算在一光束通過(guò)透鏡后，在透鏡焦點(diǎn)附近產(chǎn)生的三維衍射光分布的惠更斯—菲涅爾原理方程為下面公式(1) 公式(1)中“i”為虛數(shù)單位，P(u，v)為聚焦點(diǎn)附近的任一點(diǎn)，且有“a”為透鏡的通光孔徑的半徑，“λ”為光束的波長(zhǎng)，“f”為透鏡的焦距，“A”為透鏡通光孔徑波面上的復(fù)振幅，且有

，J0(vρ)為零級(jí)貝塞爾函數(shù)；代入相關(guān)參數(shù)就可計(jì)算出透鏡焦點(diǎn)附近任一點(diǎn)P(u，v)的復(fù)振幅U(P)，即為在焦點(diǎn)附近的衍射光強(qiáng)分布艾里斑； 進(jìn)行超衍射計(jì)算，是將透鏡前的光束進(jìn)行相位調(diào)制，通過(guò)將連續(xù)的孔徑波面分解成n個(gè)不同相位部分，公式(1)轉(zhuǎn)換為對(duì)n個(gè)相位部分積分的和，超衍射計(jì)算公式(2)為
公式(2)中

為透過(guò)率函數(shù)，A(r)為幅值因子，

為相位因子，通過(guò)不同n值的計(jì)算在焦點(diǎn)附近獲得超衍射光強(qiáng)分布，在盡量減少能量損失的前提下，選取最優(yōu)的調(diào)制環(huán)數(shù)n值，再將公式(2)代入通用的遺傳算法流程，以調(diào)制環(huán)半徑ri和環(huán)形、圓形平底凹槽深度h為優(yōu)化變量參數(shù)，其中

在優(yōu)化計(jì)算得到最優(yōu)的超衍射分布后，確定調(diào)制環(huán)半徑ri和平底凹槽深度h，并根據(jù)h值的正負(fù)來(lái)確定調(diào)制片中心r0～r1之間部分的凸凹性h值為正值時(shí)，其中心r0～r1之間部分為凸起的圓臺(tái)，r1～r2之間部分為環(huán)形平底凹槽，r2～r3之間為環(huán)形凸臺(tái)，以此類推；h值為負(fù)值時(shí)，其中心r0～r1之間部分為圓形平底凹槽，r1～r2之間部分為環(huán)形凸臺(tái)，r2～r3之間為環(huán)形平底凹槽，以此類推。
所述的用于光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片，其特征在于所述的環(huán)形平底凹槽為3-5個(gè)。
所述的用于光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片，其特征在于所述的調(diào)制片的材料為K9和石英玻璃材質(zhì)的光學(xué)玻璃。
所述的用于光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片，其特征在于所述的調(diào)制片采用的是折射型的工作方式。
所述的用于光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片的加工方法，其特征在于設(shè)計(jì)專用光刻模板，在光學(xué)玻璃基片上利用甩膠勻膠工藝涂附正膠，以預(yù)先設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)光刻，并對(duì)光刻后玻璃基片進(jìn)行濕法刻蝕。
所述的用于光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片的加工方法，其特征在于所述的濕法刻蝕是利用低濃度氫氟酸浸沒(méi)方法，通過(guò)時(shí)間控制法確定環(huán)形平底凹槽的刻蝕深度和精度以及表面精度。
所述的用于光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片的加工方法，其特征在于所述的濕法刻蝕是選擇低濃度的HF溶液，以正性光刻膠為掩膜層進(jìn)行浸沒(méi)式濕法刻蝕，用時(shí)間控制法決定刻蝕深度和表面質(zhì)量。
根據(jù)實(shí)際加工系統(tǒng)有效通光孔徑2a和擬選用光學(xué)材料的通光特性選取相位片基片的厚度H(大于環(huán)形、圓形平底凹槽深度h即可)，用計(jì)算得到相位調(diào)制片的設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)制環(huán)數(shù)n，調(diào)制環(huán)半徑ri，深度h以及選定的有效通光孔徑2a和相位片基片的厚度H就可設(shè)計(jì)出一個(gè)超衍射相位調(diào)制片，利用微工藝方法實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制片的制造，并結(jié)合飛秒激光加工系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝。
調(diào)制片加工好以后，在激光加工系統(tǒng)末級(jí)的顯微物鏡上安裝一個(gè)專用連接套，三維壓縮超衍射相位調(diào)制片安裝在專用連接套上，實(shí)現(xiàn)圓形相位調(diào)制片與激光加工系統(tǒng)光束的同軸，實(shí)現(xiàn)光斑的三維超衍射相位調(diào)制。
綜上所述，本發(fā)明的三維壓縮超衍射相位調(diào)制片通過(guò)最優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的三維調(diào)制，利用微工藝的濕法刻蝕工藝制造出相位調(diào)制片，并在激光加工系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)同軸安裝。具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)①本發(fā)明的超衍射相位調(diào)制片是利用直接衍射積分計(jì)算，相比通用的歸一化計(jì)算方法，減少了舍去高次項(xiàng)的計(jì)算誤差，通過(guò)遺傳算法的最優(yōu)化計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了主瓣和旁瓣的光強(qiáng)分別優(yōu)化，改善了光斑形狀，實(shí)現(xiàn)了聚焦光斑的三維壓縮；②利用微工藝的濕法刻蝕加工方法，并通過(guò)有效的參數(shù)控制實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制片的制造，加工工藝簡(jiǎn)單有效，便于實(shí)現(xiàn)高精度；③通過(guò)在激光加工系統(tǒng)末級(jí)的顯微物鏡上安裝一個(gè)專用連接套實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制片與激光加工系統(tǒng)光束的同軸，安裝方便、快速，結(jié)構(gòu)緊湊，且便于安裝精度的控制。
因此，利用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)激光光斑的三維壓縮，有效改善光斑形狀，提高激光加工系統(tǒng)的加工分辨率，同時(shí)，圓形輪廓的不同半徑、寬度和相等深度的環(huán)形凹槽結(jié)構(gòu)構(gòu)具有制造工藝簡(jiǎn)單、精度高，安裝結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，將在激光微納米加工領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。



圖1一種相位調(diào)制片的結(jié)構(gòu)圖。
(a)、為外形圓形相位調(diào)制片的正面視圖 (b)、為延中心軸線剖切順上下箭頭方向的左視的剖面圖 圖2光斑壓縮效果理論計(jì)算結(jié)果。
(a)、為未經(jīng)相位調(diào)制的艾里斑的計(jì)算圖 (b)、是經(jīng)相位調(diào)制后的光斑的計(jì)算圖 圖3飛秒激光加工系統(tǒng)用相位調(diào)制片的三維結(jié)構(gòu)圖。
圖4相位調(diào)制前后的模擬計(jì)算光固化加工三維最小分辨率的固化單元的壓縮結(jié)果。
(a)、是未經(jīng)相位調(diào)制的光固化加工三維最小分辨率的固化單元的計(jì)算結(jié)果 (b)、是經(jīng)相位調(diào)制片壓縮后光固化加工三維最小分辨率的固化單元的計(jì)算結(jié)果 圖5光學(xué)玻璃基片相位調(diào)制片的微加工流程圖。
(a)、是選用K9光學(xué)玻璃材料為相位調(diào)制片基材1示意圖 (b)、是按優(yōu)化設(shè)計(jì)得到的參數(shù)制作的專用正膠光刻模板2平面圖 (c)、是在光學(xué)玻璃基片上利用甩膠勻膠工藝涂附正膠3后示意圖 (d)、是以玻璃基片與正膠光刻模板的對(duì)準(zhǔn)后用平行光4的光刻示意圖 (e)、是玻璃基片上正膠光刻后顯影結(jié)構(gòu)圖 (f)、是利用濕法刻蝕方法在玻璃基片上得到的環(huán)形溝槽的結(jié)構(gòu)圖 (g)、是清洗后得到的三維壓縮超衍射相位調(diào)制片圖 圖6微加工后調(diào)制片結(jié)構(gòu)實(shí)物局部放大測(cè)量圖(WYKO干涉測(cè)量?jī)x)。
圖7相位調(diào)制片在飛秒激光加工系統(tǒng)中安裝示意圖。

具體實(shí)施例方式 實(shí)施例1 根據(jù)超衍射理論，對(duì)不同波長(zhǎng)和不同光強(qiáng)分布的激光進(jìn)行相位調(diào)制的計(jì)算，采用遺傳算法和全局優(yōu)化算法設(shè)計(jì)了一種波長(zhǎng)為800nm，光強(qiáng)為高斯分布的飛秒近紅外光的二元相位調(diào)制片，相位調(diào)制片的結(jié)構(gòu)，及環(huán)帶數(shù)，各環(huán)半徑以及凹槽尺寸，以線寬壓縮為優(yōu)化目標(biāo)，計(jì)算設(shè)計(jì)的一種相位調(diào)制片結(jié)構(gòu)如附圖1，其中圖(a)為外形圓形相位調(diào)制片的正面視圖，圖(b)為延中心軸線剖切順上下箭頭方向的左視的剖面圖，其中自r0＝0的圓心至r1之間部分的陰影為凸起的圓臺(tái)，r1～r2之間部分為環(huán)形平底凹槽，r2～r3之間的陰影部分為環(huán)形凸臺(tái)，r3～r4之間部分為環(huán)形平底凹槽，r4與最大外圓半徑a之間陰影部分的為環(huán)形平凸臺(tái)，模擬計(jì)算結(jié)果如圖2所示，其中圖(a)為未經(jīng)相位調(diào)制的艾里斑的計(jì)算圖，其橫向分辨率為565nm，圖(b)是經(jīng)相位調(diào)制后的光斑的計(jì)算圖，其橫向分辨率為438nm，線寬壓縮比為0.77，表明相位調(diào)制片實(shí)現(xiàn)了高的線寬壓縮比。
實(shí)施例2 圖3為利用超衍射理論的相位調(diào)制技術(shù)以及遺傳算法和全局優(yōu)化算法設(shè)計(jì)的用于飛秒激光加工系統(tǒng)的一種光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片的三維結(jié)構(gòu)圖，飛秒激光的波長(zhǎng)為790nm，光強(qiáng)為高斯分布，以縱橫比為優(yōu)化目標(biāo)計(jì)算得到的相位調(diào)制片為圓形多環(huán)結(jié)構(gòu)，環(huán)數(shù)為4等深度不同寬度的凹槽，凹槽由不同半徑圓形構(gòu)成，其中心為凸起的圓臺(tái)，臨近為一平底凹槽，其外圍是一個(gè)寬度較窄的環(huán)形凸臺(tái)，再外圍是一個(gè)平底凹槽，凹槽之外到最大外圓之間為環(huán)形凸臺(tái)，圖4為調(diào)制前后的模擬計(jì)算結(jié)果，其中圖(a)是未經(jīng)相位調(diào)制的光固化加工三維最小分辨率的固化單元的計(jì)算結(jié)果，其縱橫比為2.8646，圖(b)是經(jīng)相位調(diào)制片壓縮后的光固化加工三維最小分辨率的固化單元的計(jì)算結(jié)果，縱橫比為2.2794，結(jié)果表明對(duì)飛秒激光光斑進(jìn)行三維壓縮，縱向壓縮比0.84，該相位板在飛秒激光加工系統(tǒng)中的應(yīng)用將能有效地提高飛秒激光的加工分辨率。
實(shí)施例3 按附圖3所示的三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片結(jié)構(gòu)和參數(shù)，圖5為光學(xué)玻璃基片相位調(diào)制片的微加工流程圖，其中圖(a)為選用K9光學(xué)玻璃材料為相位調(diào)制片基材1，圖(b)是按優(yōu)化設(shè)計(jì)得到的圖3所示參數(shù)制作的專用正膠光刻模板2，圖(c)為在光學(xué)玻璃基片1上利用甩膠勻膠工藝涂附正膠3，圖(d)是以玻璃基片1外輪廓為基準(zhǔn)與專用正膠光刻模板2進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，并覆蓋在正膠3上方，利用平行光4進(jìn)行光刻，圖(e)是玻璃基片1上正膠3光刻后顯影結(jié)構(gòu)圖，圖(f)是將圖(e)所示的顯影結(jié)構(gòu)利用低濃度(5％)氫氟酸浸沒(méi)方法，通過(guò)時(shí)間的精確控制在玻璃基片上得到具有環(huán)形溝槽的結(jié)構(gòu)，圖(g)為清洗后得到的刻蝕深度和表面質(zhì)量的均較高的三維壓縮超衍射相位調(diào)制片，如圖6所示是利用WYKO干涉測(cè)量?jī)x得到的實(shí)物局部放大測(cè)量圖，圖7為其在激光加工系統(tǒng)中安裝示意結(jié)構(gòu)，水平飛秒激光束5經(jīng)擴(kuò)束鏡6后，通過(guò)平面反射鏡7改變?yōu)榇怪毕蛳鲁錾?，在激光微加工末?jí)的顯微物鏡10上安裝有專用連接套9，相位調(diào)制片8安裝在連接套9中，垂直向下出射的飛秒激光束經(jīng)相位調(diào)制片8的調(diào)制后再由顯微物鏡10進(jìn)行會(huì)聚，在顯微物鏡10的焦面獲得三維壓縮的光斑11，通過(guò)同軸安裝在飛秒激光雙光子微細(xì)光固化成型系統(tǒng)中，將能有效地實(shí)現(xiàn)超衍射加工分辨率。
權(quán)利要求
1、一種用于光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片，包括有調(diào)制片，其特征在于其結(jié)構(gòu)為下列二者之一
(1)、調(diào)制片中心為凸起的圓臺(tái)，所述的凸起的圓臺(tái)外側(cè)為環(huán)形平底凹槽，所述的環(huán)形平底凹槽外側(cè)為環(huán)形凸臺(tái)，以此類推，所述的凸起的圓臺(tái)、環(huán)形平底凹槽、環(huán)形凸臺(tái)的表面處于同一平面，各環(huán)形平底凹槽的深度相同；
(2)、或者，調(diào)制片中心為圓形平底凹槽，圓形平底凹槽外側(cè)為環(huán)形凸臺(tái)，環(huán)形凸臺(tái)外側(cè)為環(huán)形平底凹槽，以此類推，所述的圓形平底凹槽、環(huán)形凸臺(tái)、環(huán)形平底凹槽的表面處于同一平面，圓形平底凹槽與各環(huán)形平底凹槽的深度相同；所述的環(huán)形凸臺(tái)、環(huán)形平底凹槽的截面均為矩形；
(1)、(2)所述的調(diào)制片的結(jié)構(gòu)通過(guò)以下計(jì)算確定
利用對(duì)惠更斯—菲涅爾原理進(jìn)行直接衍射積分，計(jì)算在一光束通過(guò)透鏡后，在透鏡焦點(diǎn)附近產(chǎn)生的三維衍射光分布的惠更斯—菲涅爾原理方程為下面公式(1)
公式(1)中“i”為虛數(shù)單位，P(u，v)為聚焦點(diǎn)附近的任一點(diǎn)，且有
“a”為透鏡的通光孔徑的半徑，“λ”為光束的波長(zhǎng)，“f”為透鏡的焦距，“A”為透鏡通光孔徑波面上的復(fù)振幅，且有A＝A0exp|2/(2a)2」，J0(vρ)為零級(jí)貝塞爾函數(shù)；代入相關(guān)參數(shù)就可計(jì)算出透鏡焦點(diǎn)附近任一點(diǎn)P(u，v)的復(fù)振幅U(P)，即為在焦點(diǎn)附近的衍射光強(qiáng)分布艾里斑；
進(jìn)行超衍射計(jì)算，是將透鏡前的光束進(jìn)行相位調(diào)制，通過(guò)將連續(xù)的孔徑波面分解成n個(gè)不同相位部分，公式(1)轉(zhuǎn)換為對(duì)n個(gè)相位部分積分的和，超衍射計(jì)算公式(2)為
公式(2)中
為透過(guò)率函數(shù)，A(r)為幅值因子，
為相位因子，通過(guò)不同n值的計(jì)算在焦點(diǎn)附近獲得超衍射光強(qiáng)分布，在盡量減少能量損失的前提下，選取最優(yōu)的調(diào)制環(huán)數(shù)n值，再將公式(2)代入通用的遺傳算法流程，以調(diào)制環(huán)半徑ri和環(huán)形、圓形平底凹槽深度h為優(yōu)化變量參數(shù)，其中
在優(yōu)化計(jì)算得到最優(yōu)的超衍射分布后，確定調(diào)制環(huán)半徑ri和平底凹槽深度h，并根據(jù)h值的正負(fù)來(lái)確定調(diào)制片中心r0～r1之間部分的凸凹性h值為正值時(shí)，其中心r0～r1之間部分為凸起的圓臺(tái)，r1～r2之間部分為環(huán)形平底凹槽，r2～r3之間為環(huán)形凸臺(tái)，以此類推；h值為負(fù)值時(shí)，其中心r0～r1之間部分為圓形平底凹槽，r1～r2之間部分為環(huán)形凸臺(tái)，r2～r3之間為環(huán)形平底凹槽，以此類推。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片，其特征在于所述的環(huán)形平底凹槽為3-5個(gè)。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片，其特征在于所述的調(diào)制片的材料為K9和石英玻璃材質(zhì)的光學(xué)玻璃。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片，其特征在于所述的調(diào)制片采用的是折射型的工作方式。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片的加工方法，其特征在于設(shè)計(jì)專用光刻模板，在光學(xué)玻璃基片上利用甩膠勻膠工藝涂附正膠，以預(yù)先設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)光刻，并對(duì)光刻后玻璃基片進(jìn)行濕法刻蝕。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片的加工方法，其特征在于所述的濕法刻蝕是利用低濃度氫氟酸浸沒(méi)方法，通過(guò)時(shí)間控制法確定環(huán)形平底凹槽的刻蝕深度和精度以及表面精度。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片的加工方法，其特征在于所述的濕法刻蝕是選擇低濃度的HF溶液，以正性光刻膠為掩膜層進(jìn)行浸沒(méi)式濕法刻蝕，用時(shí)間控制法決定刻蝕深度和表面質(zhì)量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于光斑三維壓縮的超衍射相位調(diào)制片及其加工方法，調(diào)制片中心為凸起的圓臺(tái)或圓形平底凹槽，環(huán)形平底凹槽與環(huán)形凸臺(tái)間隔排布，所述的凸起的圓臺(tái)、環(huán)形平底凹槽、環(huán)形凸臺(tái)的表面處于同一平面，各環(huán)形平底凹槽的深度相同。其調(diào)制片的結(jié)構(gòu)參數(shù)是依據(jù)惠更斯—菲涅爾原理方程推導(dǎo)確定。本發(fā)明利用微工藝方法制造獲得一種三維壓縮超衍射相位調(diào)制片，結(jié)合激光加工系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝，用于飛秒激光加工系統(tǒng)的飛秒激光光斑三維壓縮，改善光斑形狀，提高加工分辨率，相位調(diào)制片為光學(xué)玻璃材料，具有制造工藝簡(jiǎn)單、精度高，安裝結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，將在激光微納米加工領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
文檔編號(hào)B23K26/00GK101419337SQ20081023556
公開(kāi)日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者翔 王, 鋼 趙, 何冀軍, 禇家如, 爽 劉, 譚又華, 黃文浩 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)