CN114623762A - 一种用于双光束及多光束三维重合对准的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于双光束以及多光束三维重合对准的方法，包括步骤：①利用应用于双光束光刻的光束对准系统，使第一束光与荧光聚合材料在焦点处行成荧光聚合点，定位第一束光的三维位置信息；②通过第二束光或者多束光激发所述的荧光聚合点；③调节第二束光或者多束光所对应的二向色镜的位置，至探测单元探测到的最强荧光信号处。本发明通过荧光聚合材料与所述第一束光发生聚合反应，定位第一束光的三维位置信息，并用激发的荧光强度变化来对准双光束以及多光束三维重合，使精度更高，且对准操作更为简洁。

Description

一种用于双光束及多光束三维重合对准的方法

技术领域：

本发明涉及激光技术领域，特别是一种用于双光束及多光束三维重合对准的方法。

背景技术：

随着激光器技术的快速发展，从以往的单光束微纳加工和成像技术逐渐过渡到双光束以及多双束微纳加工和成像，特别是目前的双光束光刻、多光束光刻以及双光束超分辨成像，要超越光学衍射极限，需要对两束光以及多束光在三维的重合要求严格的对准，以保证加工和成像的质量。

发明专利201910413229.0公开了一种应用于双光束光刻的光束对准系统及方法，具体步骤包括：设置双光束对准系统，如图1所示；发射第一光束并调整所述物镜，使所述第一光束依次经第一二向色镜、第二二向色镜和所述物镜后到达上转换荧光片表面，调节探测单元的光路位置，至所述探测单元探测到的最强荧光信号处；发射所述第一光束和第二光束，调节所述第二二向色镜的位置，至所述探测单元探测到的最强荧光信号处；沿光路方向调节所述物镜的位置，至所述探测单元探测到的最强荧光信号处通过上转换荧光片激发反射的荧光信号强度来对准双光束焦点，使对准精度更高，且对准操作更为简洁迅速；同时，利用上转换荧光片的特性使成像的分辨率提高，进而使双光束对准更加准确。但是该发明是基于上转换荧光片表面得到的荧光光强来实现光束的三维重合。在选用上转换荧光片表面进行对准时，并不能确切的在轴向和纵向有一个精确的位置信息，特别是轴向对准的时，没有确定的第一束光的位置信息的做参考，故基于扫描上转换荧光片表面荧光光强度来对准双光束以及多光束是有较大的局限性；除此之外另一现有技术中基于扫描纳米银颗粒的双束光以及多束光三维重合方法的繁琐耗时，且由于纳米银颗粒形貌的不同，其需要多次重复的对准，在对准过程耗时较长，特别是多光束对准时，需要多次重复的扫描，精度也会因为形貌的不同而产生波动变化。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种双束光以及多束光三维重合的方法，用于解决现有技术中基于扫描纳米银颗粒的双束光以及多束光三维重合方法的繁琐耗时，且重合精度波动问题，也可以解决采用转换荧光片表面进行对准时，并不能确切的在轴向和纵向有一个精确的位置信息的问题。

为解决上述问题，本发明提供了如下解决方案：

一种应用于双束光以及多束光三维重合的办法，具体步骤包括：设置双光束以及多光束对准系统；设置双光束以及多光束对准系统；发射第一束光并调整光束位置,使所述第一光束一次经过第一二向色镜、第二二向色镜、第三二向色镜和所述物镜后达到荧光聚合材料内部，并通过第一光与材料内部行成聚合反应。发射所述第二光束或所述多光束，通过相机观察调节所述第二光束二向色镜或所述多光束所对应的二向色镜的位置，使得第二光束或所述多光束与所述第一光束与材料产生的聚合点在轴向重合，再通过调节第二光束透镜位置使得所述探测单元探测到的最强的荧光处，使得光束纵向重合。本发明通过荧光聚合材料与所述第一束光发生聚合反应，形成荧光强度变化来对准双光束以及多光束三维重合。

优选的，第一光束与荧光聚合材料表面或内部发生反应聚合反应，形成聚合点，定位第一束光的三维位置信息，所述第一束光可激发荧光聚合材料产生荧光。

优选的，第二光束可激发所述第一光束与荧光聚合材料所产生的聚合点产生荧光，所产生荧光的方式荧光的方式是上转换发光或下转换发光。

优选的，多光束可激发所述第一光束与荧光聚合材料所产生的聚合点产生荧光，所产生荧光的方式荧光的方式是上转换发光或下转换发光。

本发明的有益效果是：引入第一光束与材料发射聚合，产生荧光聚合点，定位第一束光的三维位置信息，通过第二光束以及多光束对荧光聚合点处的激发，产生荧光，通过探测荧光信号强度来对准双光束焦点，使对准精度高，且不需要重复扫描，使得对准操作更为简洁迅速。

附图说明

图1是现有应用于双光束光刻的光束对准系统的装置示意图；

图2是本发明双束光三维重合方法的示意图；

图3是本发明多束光三维重合方法的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

本发明中应用于双束光及多束光三维重合的方法，具体步骤如下：

步骤1：搭建应用于双束光及多束光的三维重合系统，如图1所示，设置第一激发单元1，第一激光光束发射器11发射第一束光并调整光束位置,使所述第一光束依次经过第一透镜12、第一小孔13、第二透镜14，出射到第一二向色镜6；设置第二激发单元2，第二激光光束发射器21发射第二束光并调整光束位置,使所述第二光束一次经过第三透镜22、第二小孔23、第四透镜24，出射到第二二向色镜7；并于同一光轴上依次设置光电探测器503、第三小孔502、第五透镜503、第一二向色镜401、第二二向色镜402、物镜303、样品302和三维位移台301，第一二向色镜401和第二二向色镜402以预设角度设置，用于分别反射来自第一激光发射器11的第一光束和第二激光发射器21的第二光束。

步骤2：打开第一激光光束发射器11，仅发射第一光束，发射第一束光并调整光束位置,使所述第一光束一次经过第一透镜12、第二透镜14、第一二向色镜6和所述物镜5后达到荧光聚合材料内部，并通过第一光与材料内部行成聚合反应。本步骤中，具体的，打开第一光束激光器11，仅发射第一光束，通过照相机904，确认与荧光聚合材料发生聚合反应，形成荧光聚合点，定位第一束光的三维位置信息。

步骤3：打开第二激光光束发射器21，发射所述第二光束或所述多光束，通过相,904观察调节所述第二光束二向色镜7或所述多光束所对应的二向色镜的位置和透镜位置，所述探测单元探测到的最强的荧光处，使得使得双光束或多光束三维重合。本步骤中，具体的，打开第二光束激光器21，通过照相机904观察第二光束初始位置，通过相机904观察调节所述第二光束二向色镜对应的二向色镜的位置7，所述探测单元探测到的最强的荧光处，完成第二光束或所述多光束与所述第一光束与材料产生的荧光聚合点在轴向重合；再通过调节第二光束透镜24位置使得所述探测单元探测到的最强的荧光处，完成光束纵向重合，实现双束光在三维的重合。其中多束光三维重合调节过程与双束光三维重合调节过程相同。

在上述应用于双束光及多束光三维重合对准方法的基础上，亦可根据实际情况增加其他辅助性的光学元件，如增加改变光的相位的偏光片，但并不影响上述双束光及多束光三维重合的对准，故在此不作限定。

由本发明中应用于双束光及多束光三维重合的方法与现有对准方法对比后可知，现有对准方法一选用上转换荧光片表面进行对准，其不能确切的在轴向和纵向有一个精确的位置信息，特别是轴向对准的时，没有确定的第一束光的位置信息的做参考，故基于扫描上转换荧光片表面荧光光强度来对准双光束以及多光束是有较大的局限性；现有对准方法二是以银颗粒反射光信号强度来校准双束光及多束光焦点，即仅针对银颗粒所在位置处进行了对准操作，由于纳米银颗粒形貌的不同，其需要多次重复的对准，在对准过程耗时较长，特别是多光束对准时，需要多次重复的扫描，精度也会因为形貌的不同而产生波动变化。而本发明采用荧光聚合材料，通过第一光束与荧光聚合材料发射反应，产生一个确定的荧光聚合点，定位第一束光的三维位置信息，第二光束或多光束对这个荧光聚合点进行激发产生荧光，通过其荧光强度的变化，来使双束光及多束光三维的重合，避免多次重复操作，使对准操作更为简洁迅速；同时，通过第一光束产生的荧光聚合点，可以避免纳米银颗粒形貌的不同而影响重合精度的问题。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种用于双光束以及多光束三维重合对准的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

①利用应用于双光束光刻的光束对准系统，使第一束光与荧光聚合材料在焦点处行成荧光聚合点，定位第一束光的三维位置信息；

②通过第二束光或者多束光激发所述的荧光聚合点；

③调节第二束光或者多束光所对应的二向色镜的位置，至探测单元探测到的最强荧光信号处。

2.根据权利要求1所述的用于双光束以及多光束三维重合对准的方法，其特征在于，所述第一光束与荧光聚合材料表面或内部发生反应聚合反应，定位第一束光的三维位置信息。

3.根据权利要求1所述的用于双光束以及多光束三维重合对准的方法，其特征在于，所述第二光束或多光束激发所述荧光聚合点产生荧光，所产生荧光的方式是上转换发光或下转换发光。

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