CN112859534A - 一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置和方法，该装置可产生N×N强度独立可控的高质量PPI阵列，每个PPI刻写点由干涉点阵暗斑和激发光重合而成，具有高通量超分辨刻写的能力。装置主要包括两路光：一路光通过四光束干涉产生等强度等间距的光斑点阵，点阵暗斑用作涡旋抑制光；另一路光通过MLA产生N×N激发光点阵，同时通过SLM和DMD分别调控各激发光的位置和强度，实现涡旋光阵列与激发光点阵精密重合且刻写点大小独立可控。该装置与方法通过产生相同刻写点大小的PPI阵列，可进行高均匀度三维结构的高通量超分辨直写加工，控制刻写点大小使其具有特定分布，还可并行加工任意曲面结构，可应用于超分辨光刻等领域。

Description

一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置和方法
技术领域
本发明属于微纳光学技术领域及光学元件加工制造领域，具体地，涉及一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置和方法。
背景技术
传统双光子直写技术虽然具有超衍射极限和真三维的特点，但实现的分辨率仍比较有限。在双光子直写光斑(激发光)基础上叠加涡旋光来抑制激发光外围引起的聚合反应，可将分辨率进一步提升，该方法即为边缘光抑制(Peripheral Photoinhibition,PPI)技术。目前，涡旋光主要通过涡旋相位板、SLM、DMD等来产生，已报道的文献中实现的涡旋光数量十分有限，因此虽然PPI技术将分辨率得到明显提升，但可实现的PPI刻写点数量极少，导致加工通量很低，并且各PPI刻写点的大小一般也无法独立控制，使得PPI技术在灰度刻写能力方面受到限制。此外，为得到理想的PPI刻写点，要求激发光和涡旋光精密重合，而实现两者的精密重合在实际操作过程中也是一大难点。
文献[Optics Letters,2020,45(10):2712-2715]通过四光束干涉产生抑制光点阵，点阵暗斑作为涡旋光阵列与扩束后的实心激发光重合，得到1225束STED并行光用于超分辨显微成像，同时实现了35nm的空间分辨率；但该方案中激发光直接扩束后与涡旋阵列重合，使得激发光点阵各光斑强度分布不均，也无法对各激发光斑的强度进行独立调控，此外，由于方案中视场较小等原因使得实现的STED光束数量也较为有限。
文献[Optics&Laser Technology,2019,113:407-415]将DMD和定制的双边微透镜空间滤波阵列相结合，得到了70×110的光斑点阵，大幅度提升了加工通量，同时通过DMD对各光斑剂量进行独立控制，实现了灰度光刻的功能，可以加工任意自由曲面结构，但该方案只采用单个LED紫外光源进行投影光刻，实现的分辨率有限，只有微米量级，且只能在材料表面进行加工，无法实现真正的三维结构直写。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置和方法，该装置主要包含两光路，分别用于产生间距可调的抑制光干涉点阵和强度独立可控的激发光点阵，干涉点阵暗斑和激发光点阵在物镜焦平面精密重叠形成PPI刻写阵列，可实现高均匀度复杂三维结构和任意曲面结构的高通量超分辨并行加工。
本发明的技术解决方案如下：
一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置，包括激发光光源，扩束器，第一反射镜，DMD，4F系统一，第二反射镜，空间光调制器SLM，4F系统二，第三反射镜，方形可调光阑，微透镜阵列MLA，第一套筒透镜，第一二向色镜，抑制光光源，声光调制器AOM，由第一半波片和第一偏振分束棱镜PBS组成的偏振分束器一，由第二半波片和第二PBS组成的偏振分束器二，1/4波片和第四反射镜，第一电光调制器EOM，第五反射镜，第六反射镜，第二二向色镜，由第三半波片和第三PBS的偏振分束器三，第七反射镜，第四半波片，第八反射镜，第二EOM，第三二向色镜，第四PBS，第二套筒透镜，第四二向色镜，物镜，精密位移台，第五凸透镜，CCD，所述激发光源经扩束器和第一反射镜后入射到DMD上，DMD对光斑进行振幅调制后，再经过4F系统一和第二反射镜成像到SLM上，SLM对入射光场进行相位调制，调制后的光场再经过4F系统二、第三反射镜和方形可调光阑入射到微透镜阵列MLA上，并在MLA焦平面上产生焦点阵列，该阵列再经过第一套筒透镜变为平行光束阵列，随后经第一二向色镜透射与抑制光进行合束；抑制光源首先通过声光调制器AOM进行开关控制，随后入射到偏振分束器一进行分束，得到两束偏振互相垂直的光束，即P1光和S1光，S1光经过偏振分束器二再次分为P偏振光束一和S偏振光束二，P偏振光束一从第二PBS反射后，再通过往返1/4波片和第四反射镜变为S光，并从第二PBS透射入射到第二二向色镜上；S偏振光束二从第二PBS透射后经过第一电光调制器EOM进行相位调制，再依次经过第五反射镜、第六反射镜，并通过第二二向色镜与光束一进行合束；P1光经过偏振分束器三再次分为S偏振光束三和P偏振光束四，光束三依次经过第七反射镜、第四半波片和第八反射镜，随后入射到第三二向色镜上，其中，第四半波片用于将S偏振光束三变为P偏振光；P偏振光束四经过第二EOM进行相位调制，随后通过第三二向色镜与光束三进行合束；P偏振的光束一和光束二以及S偏振的光束三和光束四最终经过第四PBS进行合束，合束后的四束光经过第二套筒透镜后都平行于光轴传输，最后通过第一二向色镜与激发光进行合束，合束后的激发光阵列和抑制光四光束再通过第四二向色镜注入到物镜中，其中，激发光在物镜焦平面上聚焦形成焦点阵列，抑制光四光束的光斑在物镜焦平面上重叠并产生干涉点阵，使激发光点阵与干涉点阵暗斑精密重叠形成PPI阵列，从而实现高通量超分辨的并行直写加工，产生的荧光通过物镜、第四二向色镜和第五凸透镜后成像到CCD上，其中，第四二向色镜用于实现荧光和激发光、抑制光的分离。
进一步的，所述的DMD将有效像素区域等分成N×N个单元，每个单元对应一个激发光光斑，通过对每个单元所包含的m×m个微镜进行独立开关状态切换，实现各激发光光斑强度的独立调控，从而控制各PPI刻写点的大小；DMD总像素数为M1×M2，要求m×N<M1和m×N<M2。
进一步的，所述的SLM将有效像素区域等分成N×N个单元，每个单元对应一个激发光光斑，且各单元包含的m×m个液晶面元与DMD各单元的m×m个像素一一对应，控制SLM各单元内的m×m个液晶面元，对各单元光斑进行相位调制，实现各光斑的独立波前控制；SLM总像素数为D1×D2，要求m×N<D1和m×ND2。
进一步的，所述的MLA具有N×N个微透镜，各激发光单元光斑经过MLA后在其焦平面产生N×N点阵，通过控制各激发光的波前，可对其在MLA焦平面的光斑位置进行微调，进而独立调控激发光点阵在物镜焦平面的位置。
进一步的，所述的4F系统一由第一凸透镜和第二凸透镜组成，两者的焦距F1和F2满足F1/F2＝dD/dS，其中dD、dS分别是DMD和SLM的像素间距，通过4F系统一将DMD上的光场成像到SLM上，精细调节DMD和SLM的位置和姿态，使激发光束通过4F系统一后，各单元光斑与SLM上的各单元区域一一重合；所述的4F系统二由第三凸透镜和第四凸透镜组成，两者的焦距F3和F4满足F3/F4＝m×dS/dM，其中dS和dM分别是SLM的像素间距和MLA的微透镜间距，通过4F系统二使SLM上的光场成像到MLA焦平面上，精细调节MLA的横向位置，使各激发光光斑与MLA各微透镜一对应。
进一步的，所述的第一反射镜和第二反射镜分别用于调整光束到DMD和SLM的入射角，其中SLM的入射角控制在10°以内；所述的方形可调光阑的口径为MLA的N×N微透镜阵列区域面积，用于限制入射到MLA的光斑尺寸。
进一步的，所述的第一套筒透镜与MLA组成4F系统，使MLA焦平面的激发光点阵从第一套筒透镜出射后变为平行于光轴传输的光束阵列；第一套筒透镜与物镜组成4F系统，使垂直入射物镜的光束阵列在其焦平面上聚焦形成激发光点阵。
进一步的，所述的P偏振的光束一和光束二以及S偏振的光束三和光束四通过旋转第一半波片、第二半波片和第三半波片实现等能量；调节第五反射镜、第六反射镜、第七反射镜和第八反射镜的位置和姿态，使四光束通过第二套筒透镜后平行输出且具有相等光程，四光束在套筒透镜输出横截面上的四个落点具有正方形分布，且同偏振方向的光束落点分布在正方形对角线上；套筒透镜和物镜组成4F系统，四光束最终以相等干涉角θ在物镜焦平面上重叠产生干涉点阵。
进一步的，所述的干涉点阵由P偏振的光束一和光束二以及S偏振的光束三和光束四在物镜焦平面上分别通过振幅两两叠加后再进行强度叠加产生；物镜焦平面上干涉点阵间距可通过Tx＝Ty＝λ/(2nsinθ)计算得到，其中λ为干涉光束的波长，n为介质的折射率，θ为四光束在物镜焦平面的干涉角，其值可通过物镜入瞳面处四光束相对于光轴的横向距离进行调节。
进一步的，所述的第一EOM和第二EOM可分别对光束二和光束三进行相位调制，实现光束二相对于光束一以及光束三相对于光束四的相位延迟，从而控制干涉点阵整体位置在物镜焦平面上的小范围移动，以使其暗斑更精准地与激发光点阵重合；所述的PPI阵列由激发光点阵各光斑和干涉点阵各暗斑精密重合得到，其中干涉点阵暗斑用作涡旋光，用以抑制激发光斑外围引起的聚合反应，可提升分辨率，结合DMD对各激发光强度的独立调控，可控制PPI刻写点的大小，通过高度一致的PPI刻写点阵列进行直写可得到高均匀度的加工结构，控制PPI刻写点大小使其具有特定分布，还可实现灰度光刻的功能，从而加工高均匀度任意曲面结构和真三维微结构。
本发明的技术效果如下：
本发明利用MLA产生激发光点阵，SLM对各激发光在物镜焦平面内的位置进行独立调控，利用光束干涉产生间距可调的点阵暗斑作为涡旋抑制光，结合EOM对干涉点阵整体位置的控制，使干涉点阵暗斑和激发光点阵在物镜焦平面精密重合产生PPI阵列，同时利用DMD对各激发光强度进行控制使PPI刻写点的大小独立可控；当采用刻写点高度一致的PPI阵列进行刻写时，可实现高均匀度三维复杂结构的加工，使PPI刻写阵列的大小具有一定分布，还具有灰度光刻的功能，可实现高均匀度任意曲面结构和真三维微结构的超分辨高通量并行加工。
附图说明
图1为本发明基于边缘光抑制阵列的并行直写装置结构示意图；
图2a和图2b分别为本发明利用DMD和SLM对激发光光场进行调制的原理示意图；
图3为本发明通过波前控制在MLA焦平面实现位置独立可控的激发光点阵原理示意图；
图4为本发明通过四光束两两振幅叠加再进行强度叠加得到的干涉点阵图；
图5为本发明实现刻写点高度一致的PPI阵列示意图；
图6为本发明实现刻写点大小具有一定分布的PPI阵列示意图；
图7为本发明实现高均匀度任意自由曲面结构的灰度刻写示意图。
图中，1-激发光光源，2-扩束器，3-第一反射镜，4-DMD，5-第一凸透镜，6-第二凸透镜，7-第二反射镜，8-空间光调制器SLM，9-第三凸透镜，10-第四凸透镜，11-第三反射镜，12-方形可调光阑，13-微透镜阵列MLA，14-第一套筒透镜，15-第一二向色镜，16-抑制光光源，17-声光调制器AOM，18-第一半波片，19-第一偏振分束棱镜PBS，20-第二半波片，21-第二PBS，22-1/4波片，23-第四反射镜，24-第一电光调制器EOM，25-第五反射镜，26-第六反射镜，27-第二二向色镜，28-第三半波片，29-第三PBS，30-第七反射镜，31-第四半波片，32-第八反射镜，33-第二EOM，34-第三二向色镜，35-第四PBS，36-第二套筒透镜，37-第四二向色镜，38-物镜，39-精密位移台，40-第五凸透镜，41-CCD。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定于本发明。
如图1所示，本发明的基于边缘光抑制阵列的并行直写装置，包括：激发光光源1，扩束器2，第一反射镜3，DMD4，第一凸透镜5，第二凸透镜6，第二反射镜7，空间光调制器SLM8，第三凸透镜9，第四凸透镜10，第三反射镜11，方形可调光阑12，微透镜阵列MLA13，第一套筒透镜14，第一二向色镜15，抑制光光源16，声光调制器AOM 17，第一半波片18，第一偏振分束棱镜PBS 19，第二半波片20，第二PBS 21，1/4波片22，第四反射镜23，第一电光调制器EOM24，第五反射镜25，第六反射镜26，第二二向色镜27，第三半波片28，第三PBS 29，第七反射镜30，第四半波片31，第八反射镜32，第二EOM 33，第三二向色镜34，第四PBS 35，第二套筒透镜36，第四二向色镜37，物镜38，精密位移台39，第五凸透镜40，CCD 41。
采用图1所示装置的基于边缘光抑制阵列的并行直写方法如下：
800nm的飞秒激发光光源1直径约为2mm，经扩束器2后的直径需大于15.27mm，扩束后的激发光经第一反射镜3调节到DMD 4的入射角，DMD 4分辨率为1920*1080，像素间距为10.8μm，像素区域总面积为20.7×11.7mm2，DMD 4上被利用的有效像素区域为10.8mm×10.8mm，如图2a所示，将该区域分为100×100个单元，每个单元包含10×10个微镜，且每个单元都对应一个激发光单元光斑,单元光斑尺寸为108μm×108μm，通过对每个单元所包含的微镜进行独立开关状态切换，实现各激发光斑强度的独立调控，从DMD 4出射的光束经4F系统一和第二反射镜7成像在SLM 8上，第一凸透镜5和第二凸透镜6构成4F系统一，第一凸透镜5和第二凸透镜6的焦距比F1/F2＝dD/dS＝0.864，其中dD、dS分别是DMD 4和SLM 8的像素间距，第二反射镜7调节激发光到SLM 8的入射角，使其小于10°，SLM 8的分辨率为1272×1024，液晶单元尺寸12.5μm×12.5μm，像素区域总面积为15.9mm×12.8mm，SLM 8上被利用的有效像素区域为12.5mm×12.5mm，如图2b所示，SLM 8将有效像素区域等分成100×100个单元，每个单元包含10×10个液晶面元，SLM 8每个单元的10×10液晶面元与DMD 4各单元的10×10微镜一一对应，调节DMD 4和SLM 8的位置和姿态，使激发光通过4F系统一后，各单元光斑与SLM 8上各单元区域一一重合，通过对SLM 8各单元内的10×10个液晶面元控制，实现对各激发光斑的独立波前调控，从SLM 8出射的各单元光斑尺寸为125μm×125μm，各单元激发光再经4F系统二、第三反射镜11和方形可调光阑12入射到MLA 13上，MLA 13的微透镜数为100×100，第三凸透镜9和第四凸透镜10构成4F系统二，微透镜间距为75μm，MLA 13微镜阵列面积为7.5mm×7.5mm，将方形可调光阑12的口径调至7.5mm×7.5mm，用于限制入射到MLA13的光斑大小，第三凸透镜9和第四凸透镜10的焦距比F3/F4＝m×dS/dM＝1.67，此处m＝10，dS和dM分别是SLM 8的像素间距和MLA 13的微透镜间距，各单元光斑尺寸入射到MLA 13时为75μm×75μm，精细调节MLA 13的横向位置，使每个单元光斑都入射到MLA 13各微透镜上，并在其焦平面上产生100×100激发光点阵，由于入射到MLA 13的各单元光斑可能存在波前畸变，导致各激发光在对应微透镜光轴上的焦点位置出现横向偏差，因此须通过SLM 8对各单元光斑的波前进行独立调控，矫正各激发光斑在MLA 13焦平面上的位置，如图3所示，此时激发光点阵间距为75μm，产生的激发光聚焦点阵随后经过和MLA 13组成4F系统的第一套筒透镜14变为平行光阵列，再依次经过第一二向色镜15、第四二向色镜37，最终通过与第一套筒透镜14组成4F系统的物镜38，并成像在其焦平面上。
800nm的连续抑制光光源16首先通过声光调制器AOM 17进行开关控制，随后入射到偏振分束器一进行分束，第一半波片18和第一偏振分束棱镜PBS 19组成偏振分束器一，旋转第一半波片18得到两束偏振互相垂直且能量相等的两束光，即P1光和S1光，S1光入射到偏振分束器二进一步分为两束偏振互相垂直的两束光，即P偏振光束一和S偏振光束二，第二半波片20和第二PBS 21组成偏振分束器二，旋转第二半波片20使两者能量相等，P偏振光束一从第二PBS 21反射后，再通过往返1/4波片22和第四反射镜23构成的第一光路两次经过1/4波片22变为S光，并从第二PBS 21透射入射到第二二向色镜27上；S偏振光束二从第二PBS 21透射后经过第一电光调制器EOM 24进行相位调制，再依次经过第五反射镜25、第六反射镜26，并通过第二二向色镜27与光束一进行合束；P1光经过偏振分束器三进一步分为两束偏振互相垂直的两束光，即S偏振光束三和P偏振光束四，第三半波片28和第三PBS29构成偏振分束器三，旋转第三半波片28使两者能量相等，光束三依次经过第七反射镜30、第四半波片31和第八反射镜32，随后入射到第三二向色镜34上，其中，第四半波片31将S偏振光束三变为P偏振光；P偏振光束四经过第二EOM 33进行相位调制，随后通过第三二向色镜34与光束三进行合束；P偏振的光束一和光束二以及S偏振的光束三和光束四最终经过第四PBS 35进行合束，四光束能量相等，合束后的四束光经过第二套筒透镜36后都平行于光轴传输，并通过第一二向色镜15与激发光进行合束，最后经过第四二向色镜37注入到物镜38中，调节抑制光路，控制物镜38入瞳面处四光束相对于光轴的横向距离，使四光束以特定干涉角θ在物镜38焦平面上进行光斑重叠，同偏振的两束光先进行振幅叠加后再经过强度叠加产生干涉点阵，点阵暗斑作为抑制涡旋光，如图4所示。
干涉点阵暗斑间距根据公式Tx＝Ty＝λ/(2nsinθ)进行计算，λ＝800nm，θ＝32.23°，空气折射率n＝1，则Tx和Ty为750nm；微透镜阵列MLA 13焦平面处的激发光点阵间距为75μm，经过100×缩放后在物镜38焦平面上的点阵间距为750nm；物镜38焦平面的激发光点阵和干涉点阵暗斑间距相等，且干涉点阵整体在物镜38焦平面上的位置移动，可通过第一EOM 24和第二EOM 33分别对光束二相对于光束一以及光束三相对于光束四的相位延迟来实现，说明激发光点阵和干涉点阵暗斑理论上可进行精密重合。考虑到光束传输过程中可能引起的波前畸变致使各激发光位置发生偏离，须通过SLM 8对各激发光位置进行矫正；激发光到MLA 13上的波前斜率为α，要使MLA 13焦平面各光斑在各自的活动区域内移动而不与其他光斑的活动区域重叠，则入射单元激发光相对于各微透镜光轴的最大位移角(也是最大波前斜率)αmax＝h/fM＝D/2/fM，h为光斑在MLA 13焦平面上的最大位移距离，D为MLA 13各微透镜的直径，fM为MLA 13各微透镜的焦距；通过SLM 8矫正后的激发光点阵和干涉点阵暗斑最终在物镜38焦平面上进行精密重合形成高质量PPI阵列，如图5所示。
DMD4上10×10个像素对应一个单元激发光，对于某单元激发光强度控制，可对10×10个微镜均匀地关闭或开启部分微镜来实现。控制激发光强度相等可得到刻写点高度一致的PPI阵列，如图5所示；进行灰度光刻时，使激发光点阵强度具有一定的分布，从而得到刻写点大小特定分布的PPI阵列，如图6所示。例如，加工一个如图7所示的曲面结构，高亮度区域对应曲面顶点，低亮度区域对应曲面较低点，根据曲面不同位置对相应刻写点的大小进行独立调控，曲面顶点的刻写点最大，得到的聚合区域也最大，越往结构边缘，刻写点越小，聚合区域也越小，从而实现高均匀曲面结构的灰度光刻，同时兼具高通量和超分辨的优点。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置，包括激发光光源(1)，扩束器(2)，第一反射镜(3)，DMD(4)，4F系统一，第二反射镜(7)，空间光调制器SLM(8)，4F系统二，第三反射镜(11)，方形可调光阑(12)，微透镜阵列MLA(13)，第一套筒透镜(14)，第一二向色镜(15)，抑制光光源(16)，声光调制器AOM(17)，由第一半波片(18)和第一偏振分束棱镜PBS(19)组成的偏振分束器一，由第二半波片(20)和第二PBS(21)组成的偏振分束器二，1/4波片(22)和第四反射镜(23)，第一电光调制器EOM(24)，第五反射镜(25)，第六反射镜(26)，第二二向色镜(27)，由第三半波片(28)和第三PBS(29)组成的偏振分束器三，第七反射镜(30)，第四半波片(31)，第八反射镜(32)，第二EOM(33)，第三二向色镜(34)，第四PBS(35)，第二套筒透镜(36)，第四二向色镜(37)，物镜(38)，精密位移台(39)，第五凸透镜(40)，CCD(41)，其特征在于：所述激发光源(1)经扩束器(2)和第一反射镜(3)后入射到DMD(4)上，DMD(4)对光斑进行振幅调制后，再经过4F系统一和第二反射镜(7)成像到SLM(8)上，SLM(8)对入射光场进行相位调制，调制后的光场再经过4F系统二、第三反射镜(11)和方形可调光阑(12)入射到微透镜阵列MLA(13)上，并在MLA(13)焦平面上产生焦点阵列，该阵列再经过第一套筒透镜(14)变为平行光束阵列，随后经第一二向色镜(15)透射与抑制光进行合束；抑制光源(16)首先通过声光调制器AOM(17)进行开关控制，随后入射到偏振分束器一进行分束，得到两束偏振互相垂直的光束，即P1光和S1光，S1光经过偏振分束器二再次分为P偏振光束一和S偏振光束二，P偏振光束一从第二PBS(21)反射后，再通过往返1/4波片(22)和第四反射镜(23)变为S光，并从第二PBS(21)透射入射到第二二向色镜(27)上；S偏振光束二从第二PBS(21)透射后经过第一电光调制器EOM(24)进行相位调制，再依次经过第五反射镜(25)、第六反射镜(26)，并通过第二二向色镜(27)与光束一进行合束；P1光经过偏振分束器三再次分为S偏振光束三和P偏振光束四，光束三依次经过第七反射镜(30)、第四半波片(31)和第八反射镜(32)，随后入射到第三二向色镜(34)上，其中，第四半波片(31)用于将S偏振光束三变为P偏振光；P偏振光束四经过第二EOM(33)进行相位调制，随后通过第三二向色镜(34)与光束三进行合束；P偏振的光束一和光束二以及S偏振的光束三和光束四最终经过第四PBS(35)进行合束，合束后的四束光经过第二套筒透镜(36)后都平行于光轴传输，最后通过第一二向色镜(15)与激发光进行合束，合束后的激发光阵列和抑制光四光束再通过第四二向色镜(37)注入到物镜(38)中，其中，激发光在物镜(38)焦平面上聚焦形成焦点阵列，抑制光四光束的光斑在物镜焦平面上重叠并产生干涉点阵，使激发光点阵与干涉点阵暗斑精密重叠形成PPI阵列，从而实现高通量超分辨的并行直写加工，产生的荧光通过物镜(38)、第四二向色镜(37)和第五凸透镜(40)后成像到CCD(41)上，其中，第四二向色镜(37)用于实现荧光和激发光、抑制光的分离。
2.根据权利要求1所述一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置，其特征在于，所述的DMD(4)将有效像素区域等分成N×N个单元，每个单元对应一个激发光光斑，通过对每个单元所包含的m×m个微镜进行独立开关状态切换，实现各激发光光斑强度的独立调控，从而控制各PPI刻写点的大小；DMD(4)总像素数为M1×M2，要求m×N<M1和m×N<M2。
3.根据权利要求1所述一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置，其特征在于，所述的SLM(8)将有效像素区域等分成N×N个单元，每个单元对应一个激发光光斑，且各单元包含的m×m个液晶面元与DMD(4)各单元的m×m个像素一一对应，控制SLM(8)各单元内的m×m个液晶面元，对各单元光斑进行相位调制，实现各光斑的独立波前控制；SLM(8)总像素数为D1×D2，要求m×N<D1和m×ND2。
4.根据权利要求1所述一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置，其特征在于，所述的MLA(13)具有N×N个微透镜，各激发光单元光斑经过MLA(13)后在其焦平面产生N×N点阵，通过控制各激发光的波前，可对其在MLA(13)焦平面的光斑位置进行微调，进而独立调控激发光点阵在物镜焦平面的位置。
5.根据权利要求1所述一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置，其特征在于，所述的4F系统一由第一凸透镜(5)和第二凸透镜(6)组成，两者的焦距F1和F2满足F1/F2＝dD/dS，其中dD、dS分别是DMD(4)和SLM(8)的像素间距，通过4F系统一将DMD(4)上的光场成像到SLM(8)上，精细调节DMD(4)和SLM(8)的位置和姿态，使激发光束通过4F系统一后，各单元光斑与SLM(8)上的各单元区域一一重合；所述的4F系统二由第三凸透镜(9)和第四凸透镜(10)组成，两者的焦距F3和F4满足F3/F4＝m×dS/dM，其中dS和dM分别是SLM(8)的像素间距和MLA(13)的微透镜间距，通过4F系统二使SLM(8)上的光场成像到MLA(13)焦平面上，精细调节MLA(13)的横向位置，使各激发光光斑与MLA(13)各微透镜一对应。
6.根据权利要求1所述一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置，其特征在于，所述的第一反射镜(3)和第二反射镜(7)分别用于调整光束到DMD(4)和SLM(8)的入射角，其中SLM(8)的入射角控制在10°以内；所述的方形可调光阑(12)的口径为MLA(13)的N×N微透镜阵列区域面积，用于限制入射到MLA(13)的光斑尺寸。
7.根据权利要求1所述一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置，其特征在于，所述的第一套筒透镜(14)与MLA(13)组成4F系统，使MLA(13)焦平面的激发光点阵从第一套筒透镜(14)出射后变为平行于光轴传输的光束阵列；第一套筒透镜(14)与物镜(38)组成4F系统，使垂直入射物镜(38)的光束阵列在其焦平面上聚焦形成激发光点阵。
8.根据权利要求1所述一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置，其特征在于，所述的P偏振的光束一和光束二以及S偏振的光束三和光束四通过旋转第一半波片(18)、第二半波片(20)和第三半波片(28)实现等能量；调节第五反射镜(25)、第六反射镜(26)、第七反射镜(30)和第八反射镜(32)的位置和姿态，使四光束通过第二套筒透镜(36)后平行输出且具有相等光程，四光束在套筒透镜(36)输出横截面上的四个落点具有正方形分布，且同偏振方向的光束落点分布在正方形对角线上；套筒透镜(36)和物镜(38)组成4F系统，四光束最终以相等干涉角θ在物镜(38)焦平面上重叠产生干涉点阵。
9.根据权利要求1所述一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置，其特征在于，所述的干涉点阵由P偏振的光束一和光束二以及S偏振的光束三和光束四在物镜焦平面上分别通过振幅两两叠加后再进行强度叠加产生；物镜焦平面上干涉点阵间距可通过Tx＝Ty＝λ/(2nsinθ)计算得到，其中λ为干涉光束的波长，n为介质的折射率，θ为四光束在物镜焦平面的干涉角，其值可通过物镜入瞳面处四光束相对于光轴的横向距离进行调节。
10.根据权利要求1所述一种基于边缘光抑制阵列的并行直写装置，其特征在于，所述的第一EOM(24)和第二EOM(33)可分别对光束二和光束三进行相位调制，实现光束二相对于光束一以及光束三相对于光束四的相位延迟，从而控制干涉点阵整体位置在物镜(38)焦平面上的小范围移动，以使其暗斑更精准地与激发光点阵重合；所述的PPI阵列由激发光点阵各光斑和干涉点阵各暗斑精密重合得到，其中干涉点阵暗斑用作涡旋光，用以抑制激发光斑外围引起的聚合反应，可提升分辨率，结合DMD(4)对各激发光强度的独立调控，可控制PPI刻写点的大小，通过高度一致的PPI刻写点阵列进行直写可得到高均匀度的加工结构，控制PPI刻写点大小使其具有特定分布，还可实现灰度光刻的功能，从而加工高均匀度任意曲面结构和真三维微结构。
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