CN114924406A - 微型反射镜阵列加工方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微型反射镜阵列器件加工技术领域，提供一种微型反射镜阵列加工方法及系统，其中微型反射镜阵列加工方法包括：发射第一光束；控制第一光束的照射方向，并调整第一光束的焦点对准在待加工样品上，以使待加工样品的被照射位置发生特性变化，特性变化包括折射率的变化和光化学反应；根据预设轨迹参数控制第一光束的焦点与待加工样品周期性相对移动，以在待加工样品上形成多个微型反射镜结构，形成微型反射镜阵列；该加工方法制备方法简单，能够灵活地调整第一光束焦点与待加工样品之间的相对位置改变微型反射镜阵列的几何参数，无需依赖掩膜版，简化了制备步骤，以适应不同条件下的应用。

Description

微型反射镜阵列加工方法及系统

技术领域

本发明涉及微型反射镜阵列器件加工技术领域，尤其涉及一种微型反射镜阵列加工方法及系统。

背景技术

微镜阵列为一系列等间隔平行排布的微型反射镜，目前在生物医学成像领域应用于单物镜光片荧光显微成像系统。单物镜光片荧光显微成像系统是通过一个物镜同时实现光片激发荧光，以及收集荧光信号。中国专利文件CN111307772B公开的“基于微镜阵列的单物镜光片荧光显微成像装置及方法”，当收集到的荧光信息与激发光片一样沿轴向分布时，使用微型反射镜阵列可使得样品不同深度的荧光信息由微镜阵列的不同位置反射，达到空间光路的分束复用。这样便能够将沿着光轴分布的光片激发样品得到的荧光信息进行有效提取，同时减少对样品处理与对光路调节方面的要求。因此，微型反射镜阵列在单物镜光片荧光显微成像系统中扮演日益重要的角色，也正在成为该系统的核心部件之一。

目前，微型反射镜阵列普遍采用一套结合了光刻、刻蚀以及定向金属气相沉积（例如铝原子蒸镀）的步骤的设备进行制备，需要提前将几何参数设计在掩膜版上，一旦确定无法进行更改，且多重掩膜版之间需要精确对准，以保证光刻与刻蚀区域的精确定位；此外，该方法需要用到额外定制的夹具，来保证金属气相沉积后微型反射镜的排列取向。该方法制备步骤繁琐，材料成本高，制备局限，无法灵活调整微型反射镜阵列的几何参数以适应不同条件下的应用；且一旦掩膜版无法实现精确对准，则很容易造成材料的浪费。

发明内容

本发明提供一种微型反射镜阵列加工方法及系统，用以解决现有技术中微型反射镜阵列制备步骤繁琐，材料成本高，且无法灵活调整微型反射镜阵列的几何参数以适应不同条件下应用的问题；同时避免可能出现的材料浪费问题。

本发明提供一种微型反射镜阵列加工方法，包括：发射第一光束；控制所述第一光束的照射方向，并调整所述第一光束的焦点对准在待加工样品上，以使所述待加工样品的被照射位置发生特性变化，所述特性变化包括折射率的变化和光化学反应；根据预设轨迹参数控制所述第一光束的焦点与所述待加工样品周期性相对移动，以在所述待加工样品上形成多个微型反射镜结构，形成微型反射镜阵列。

根据本发明提供的一种微型反射镜阵列加工方法，所述发射第一光束之前还包括：基于所述待加工样品确定所述第一光束的预设参数。

根据本发明提供的一种微型反射镜阵列加工方法，所述微型反射镜阵列加工方法还包括：获取所述第一光束的实际参数；根据所述实际参数与所述预设参数的关系，调整所述第一光束的发射参数。

根据本发明提供的一种微型反射镜阵列加工方法，所述根据预设轨迹参数控制所述第一光束的焦点与所述待加工样品周期性相对移动，包括：根据所述预设轨迹参数，控制所述第一光束以预设扫描参数周期性扫描照射所述待加工样品；和/或，根据所述预设轨迹参数，控制所述待加工样品周期性移动。

根据本发明提供的一种微型反射镜阵列加工方法，控制所述第一光束的照射方向，并调整所述第一光束的焦点对准在待加工样品上，以使所述待加工样品的被照射位置发生特性变化，所述特性变化包括折射率的变化和光化学反应，之前还包括：对所述第一光束进行准直；对准直后的所述第一光束进行扩束整形，以调整所述第一光束的光斑。

根据本发明提供的一种微型反射镜阵列加工方法，所述微型反射镜阵列加工方法还包括：实时获取所述待加工样品上的微型反射镜阵列的形成信息；根据所述微型反射镜阵列的形成信息，调整所述第一光束的发射参数，和/或调整所述第一光束的焦点与所述待加工样品的相对移动参数。

根据本发明提供的一种微型反射镜阵列加工方法，所述实时获取所述待加工样品上的微型反射镜阵列的形成信息，包括：向待加工样品照射第二光束；在所述第二光束经过所述待加工样品后，获取所述第二光束的光信号，根据所述光信号获得所述待加工样品的图像；根据所述图像，获得所述微型反射镜阵列的形成信息。

本发明还提供一种微型反射镜阵列加工系统，包括：样品台，用于放置待加工样品；第一光源，用于发射第一光束；光学装置，用于控制所述第一光束的照射方向，以使所述第一光束朝向所述待加工样品；物镜，沿所述第一光束的传播路径设于所述样品台与所述光学装置之间，所述物镜用于调整所述第一光束的焦点对准所述待加工样品上，以使所述待加工样品的被照射位置发生特性变化，所述特性变化包括折射率变化和光化学反应；其中，所述第一光束的焦点与所述样品台能够根据预设轨迹参数周期性相对移动，以在所述待加工样品上形成多个微型反射镜结构，形成微型反射镜阵列。

根据本发明提供的一种微型反射镜阵列加工系统，所述微型反射镜阵列加工系统还包括准直装置和扩束整形装置，所述准直装置和所述扩束整形装置沿所述第一光束的传播路径依次设于所述第一光源与所述光学装置之间；所述准直装置用于对所述第一光束进行准直；所述扩束整形装置用于对准直后的所述第一光束进行扩束整形，以调整所述第一光束的光斑与所述物镜相匹配。

根据本发明提供的一种微型反射镜阵列加工系统，所述微型反射镜阵列加工系统还包括检测装置和第一分束器，所述第一分束器沿所述第一光束的传播路径设于所述准直装置和所述扩束整形装置之间，所述第一分束器用于由所述第一光束分离出检测光束；所述检测装置用于接收所述检测光束，并根据所述检测光束检测所述第一光束的实际参数。

根据本发明提供的一种微型反射镜阵列加工系统，所述微型反射镜阵列加工系统还包括显微成像装置，所述显微成像装置用于获取所述待加工样品上的微型反射镜阵列的形成信息。

根据本发明提供的一种微型反射镜阵列加工系统，所述显微成像装置包括第二光源、第二分束器以及成像组件，所述第二光源设于所述样品台背离所述物镜的一侧，所述样品台为透明材料制件，所述第二光源用于朝向所述待加工样品照射第二光束；所述第二分束器沿所述第二光束的传播路径设于所述光学装置与所述物镜之间，所述第二分束器用于将所述第二光束与所述第一光束分离；所述成像组件用于获取所述第二光束的光信号成像，以获得所述待加工样品的图像。

根据本发明提供的一种微型反射镜阵列加工系统，所述光学装置为扫描振镜，所述扫描振镜用于形成扫描激发光束；或，所述光学装置为高反镜，所述样品台能够相对所述物镜周期性移动。

本发明提供的微型反射镜阵列加工方法及系统，通过控制第一光束的照射方向，调整第一光束的焦点对准在待加工样品上，使得样品中被聚焦的位置发生特性变化，如折射率变化或光化学反应，以使待加工样品内部形成微型反射镜结构；根据预设轨迹参数控制第一光束的焦点与待加工样品发生周期性相对移动，以使待加工样品上多处发生特性变化形成多个微型反射镜结构，多个微型反射镜结构形成微型反射镜阵列；该加工方法制备方法简单，能够灵活地调整第一光束焦点与待加工样品之间的相对位置改变微型反射镜阵列的几何参数，无需依赖掩膜版，简化了制备步骤，以适应不同条件下的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的微型反射镜阵列加工方法的流程示意图；

图2是本发明提供的光学装置为扫描振镜的微型反射镜阵列加工系统的示意图；

图3是本发明提供的光学装置为高反镜的微型反射镜阵列加工系统的示意图；

图4是本发明提供的微型反射镜阵列的结构示意图；

图5是本发明提供的待加工样品在第一光束聚焦照射下，其内部的焦点区域附近发生特性变化的示意图；

附图标记：

1：第一光源；2：准直装置；3：第一分束器；4：扩束整形装置；5：光学装置；6：第二分束器；7：物镜；8：样品台；9：待加工样品；10：第一透镜；11：第二光源；12：成像组件；13：反射镜；14：检测装置；15：微型反射镜结构；16：第二透镜；17：第三透镜；18：第一光束焦点的三维高斯分布区域；19：第四透镜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1至图5描述本发明提供的微型反射镜阵列加工方法及系统。

本实施提供一种微型反射镜阵列加工方法，包括：发射第一光束；控制第一光束的照射方向，并调整第一光束的焦点对准在待加工样品上，以使待加工样品的被照射位置发生特性变化，特性变化包括折射率的变化和光化学反应；根据预设轨迹参数控制第一光束的焦点与待加工样品周期性相对移动，以在待加工样品上形成多个微型反射镜结构，形成微型反射镜阵列。

本实施例将微型反射镜阵列的制作需求、待加工样品的光学特性以及激光直写的技术优势结合制作微型反射镜阵列的加工方法。

参考图1，控制第一光源发射第一光束（如图2和图3中实线箭头所示）；第一光束的传播路径上上设有光学装置和样品台，其中，样品台用于放置待加工样品，光学装置用于控制第一光束的照射方向，调整第一光束的照射位置，通过物镜以使第一光束的焦点对准待加工样品，第一光束在待加工样品的指定深度位置聚焦时，第一光束具有穿透性，焦点位置可预设性地处于样品表面或样品表面以下具有一定深度的位置，由于能量密度大，待加工样品的局部发生特性变化，如折射率的改变或光化学反应，进而在该部位形成微型反射镜结构。

进一步地，根据预设轨迹参数控制第一光束的焦点与待加工样品发生周期性相对移动，以在待加工样品上的多个位置进行聚焦，以使待加工样品的多个位置均发生特性变化形成微型反射镜结构，多个微型反射镜结构即为微型反射镜阵列。

本实施例通过控制第一光束的照射方向，调整第一光束的焦点对准在待加工样品上，使得样品中被聚焦的位置发生特性变化，如折射率变化或光化学反应，以使待加工样品内部形成微型反射镜结构；根据预设轨迹参数控制第一光束的焦点与待加工样品发生周期性相对移动，以使待加工样品上多处发生特性变化形成多个微型反射镜结构，多个微型反射镜结构形成微型反射镜阵列；该加工方法制备方法简单，能够灵活地调整第一光束焦点与待加工样品之间的相对位置改变微型反射镜阵列的几何参数，无需依赖掩膜版，简化了制备步骤，以适应不同条件下的应用。

相对于传统的基于光刻、刻蚀以及定向金属气相沉积相结合的工艺，本发明提出的利用激光直写的方法无需依赖掩膜版，从而避免掩膜版加工精度以及多层掩膜版之间对准的误差，加工精度高；且利用激光改变待加工样品的特性（折射率变化或激发待加工样品内部的光化学反应），例如在待加工样品的聚焦区域生成金属单质（例如银、铜、铝等），则全过程无需使用气相沉淀等方法，节省了实施步骤的同时也降低了成本。

本实施例中的待加工样品为后级应用中在信号光波段透明材料，其中待加工材料是由可变折射率材料制成，例如铌酸锂、蓝宝石、石英等晶体材料。目前已经证明，Z轴向切割的铌酸锂晶体在合适的波长、足够功率密度的超短脉冲激光聚焦照射下（如800 nm波长，250 μW平均功率，2.5 MHz重复频率，120 fs脉冲宽度的飞秒激光），若聚焦区域的能量密度超过晶体的损伤阈值，则该区域的铌酸锂会发生强烈的非线性光吸收，进而发生电离，形成致密等离子体以及不可逆的晶体损伤。受损伤的部分，其折射率会发生永久性改变，改变的程度与直写使用的激光能量密切相关，可达千分之三以上。基于此原理，此类可变折射率材料经过扫描式激光直写后，内部会形成折射率改变的阵列。上述特性已被用于制备透射光栅一类光学衍射器件，而如果材料的折射率改变幅度可以进一步增大，那么当使用已加工材料时，入射光可在折射率改变的区域发生全反射现象，从而大幅度改变传播方向。

本实施例中的待加工样品还可以是由光化学反应材料制成，例如含有金属离子的溶液或者玻璃态物质。目前已经证明，含有金、银或铜离子的硅酸盐或硼酸盐玻璃可以在激光的聚焦下析出对应的金属纳米颗粒。其原因在于，激光焦点处的电场强度极高，使得材料发生非线性光吸收效应，产生空穴与电子；而电子被周围的金属离子俘获之后即变为金属原子，通过扩散、聚合形成金属单质的纳米颗粒。

例如含有1%铜离子掺杂的硼酸盐玻璃，在合适的波长、足够功率密度的激光聚焦照射下（如800 nm波长，830 mW平均功率，250 kHz重复频率，120 fs脉冲宽度的飞秒激光），铜离子可被还原成铜原子。由于激光照射引发的局域温度场使得铜原子聚集形成了铜单质纳米颗粒。因此，利用上述原理，可以选择合适波长与能量密度的激光光源，对这一类材料实施扫描式激光聚焦照射，从而诱导其内部生成一块块金属反射单元；当这些单元按一定序列排布时，即形成预先设计的微镜阵列。在之后用其他波长或较低能量密度的光导入已加工材料时，入射光会在金属阵列的区域发生镜面反射，从而改变传播方向。

本实施例发射第一光束之前还包括：基于待加工样品确定第一光束的预设参数。

本实施例在控制第一光源发射第一光束之前需要基于待加工样品确定第一光束的预设参数：具体地，根据待加工样品的吸收光谱确定第一光束的预设波长；根据待加工样品发生特性变化（如折射率或光化学反应）所需的最小能量密度，以及结合第一光束的预设波长、聚焦物镜的数值孔径推导出加工的三维分辨率，最终确定第一光源发射出的第一光束的能量参数，这些即为第一光束的预设参数。第一光源发射出的第一光束聚焦到待加工样品的表面或表面以下的指定深度，第一光束聚焦到待加工样品的位置能够发生折射率变化或光化学反应的特性变化，进而形成微型反射镜结构，多个微型反射镜结构形成微型反射镜阵列。

在上述实施例的基础上，微型反射镜阵列加工方法还包括：获取第一光束的实际参数；根据实际参数与预设参数的关系，调整第一光束的发射参数。

本实施例通过检测装置检测第一光束的发射参数，具体地，通过检测装置获取第一光束的光谱、平均功率、光斑质量等实际参数；将实际参数与根据待加工样品确定的预设参数进行对比，根据对比结果调整第一光束的发射参数。

在第一光束的实际参数不满足预设参数的情况下，能够通过更换第一光源、调谐第一光源的波段（适用于光谱范围比较宽的激光器）等操作调节第一光束的发射参数。

本实施例中第一光源是激光器，其中激光器包括连续激光器和脉冲激光器，无论连续激光器或是脉冲激光器均可结合材料的特性作为可选择的第一光源。特别地，超短脉冲激光器（如飞秒激光器）可以在脉冲时间范围及聚焦的空间范围内产生多光子激发效应，而非聚焦区域由于激光的能量密度不足，不会产生多光子激发效应。相比于利用连续激光器实施单光子激发的形式，多光子激发能够消除非聚焦区域被激发的不利现象，进而提高样品的加工精度。超短脉冲激光器适用于能够表现出此种多光子吸收效应的材料，例如正性（如邻-叠氮醌类）或负性（如肉桂酸酯类）光刻胶等有机高分子材料。

本实施例还可以结合受激发射损耗荧光显微术(STED)等技术，可以使加工精度突破激发光波长的衍射极限，因为STED技术通过采用多波长光源，形成同心圆形光束：即一种波长为原激发波长，且该激发光正常聚焦到待加工材料，另一种波长的光聚焦在激发光的外围，形成与激发光同心的圆环状并覆盖一部分激发光的焦点面积。如此，在光子吸收能级上，外环的光能够抑制被覆盖面积上材料对激发光的吸收，使得激发光照射的有效区域变小，从而突破激发光固有的衍射极限，提高加工精度。本发明提出的方法能够有效地支持上述各种类型的激光器或激发形式。

在上述实施例的基础上，进一步地，根据预设轨迹参数控制第一光束的焦点与待加工样品周期性相对移动，包括：根据预设轨迹参数，控制第一光束以预设扫描参数周期性扫描照射待加工样品；和/或，根据预设轨迹参数，控制待加工样品周期性移动。

在一个实施例中，根据在微型反射镜阵列的预设轨迹参数，控制第一光束的焦点相对于待加工样品周期性移动，以使待加工样品的多个位置形成微型反射镜结构，多个微型反射镜结构即为微型反射镜阵列。

具体地，通过在第一光源与样品台之间设置扫描振镜，如图2所示，即在第一光束的传播路径上设置扫描振镜，扫描振镜能够改变第一光束的方向和位置，并通过物镜将第一光束在待加工样品的内部聚焦，使其发生折射率变化或光化学反应变化；进一步地，扫描振镜能够根据预设轨迹参数进行扫描，以使第一光束的焦点相对于待加工样品周期性相对移动，进而使待加工样品内部的多个位置发生特性变化，多个位置均形成微型反射镜结构，多个微型反射镜结构形成微型反射镜阵列。

在另一个实施例中，根据预设轨迹参数，控制样品台相对于第一光束周期性移动，即待加工样品相对于第一光束周期性移动，以使待加工样品的多个位置形成微型反射镜结构，多个微型反射镜结构即为微型反射镜阵列。

具体地，通过在第一光源与样品台之间设置高反镜，如图3所示，即在第一光束的传播路径上设置高反镜，高反镜能够改变第一光束的方向，且在光路中的插入损耗极小，并通过物镜将第一光束在待加工样品的内部聚焦，使其发生特性变化（折射率变化或光化学反应变化）；进一步地，控制样品台相对与第一光束周期性移动，以使待样品的多个位置均被第一光束聚焦，待加工样品的内部的多个位置发生特性变化，多个位置均形成微型反射镜结构，多个微型反射镜结构即为微型反射镜阵列。

在又一个实施例中，在第一光源与样品台之间设置扫描振镜，通过控制扫描振镜改变第一光束的方向，通过控制扫描振镜和样品台移动，以使扫描振镜和样品台发生相对移动，进而待加工样品内部的多个位置被聚焦，发生折射率的变化或光化学反应；本实施例通过扫描振镜和样品台的配合调节待加工样品内部被聚焦的位置，以使待加工样品的内部发生特性变化，形成多个微型反射镜结构，即微型反射镜阵列。

本实施例中在控制第一光束的照射方向，并调整第一光束的焦点对准在待加工样品上，以使待加工样品的被照射位置发生特性变化，特性变化包括折射率的变化和光化学反应，之前还包括：对第一光束进行准直；对准直后的第一光束进行扩束整形，以调整第一光束的光斑。

本实施例通过在第一光源与光学装置之间依次设置准直装置和扩束整形装置，对第一光束进行调整，以合理利用第一光束；具体地，在第一光源与光学装置之间沿第一光束的传播路径依次设置准直装置和扩束整形装置，第一光束经过准直装置能够对第一光束进行准直，准直后的第一光束进入到扩束整形装置，能够对准直后的第一光束的光斑的大小以及发散角进行调整，以使第一光束的光斑使用后级的光学元件，如与物镜相匹配，有助于对第一光束进行聚焦。

在上述实施例的基础上，进一步地，微型反射镜阵列加工方法还包括：实时获取待加工样品上的微型反射镜阵列的形成信息；根据微型反射镜阵列的形成信息，调整第一光束的发射参数，和/或调整第一光束的焦点与待加工样品的相对移动参数。

本实施例通过设置显微成像装置，显微成像装置用于实时监测待加工样品的视觉特性，获取待加工样品上的微型反射镜阵列的形成信息，掌握待加工样品的微型反射镜阵列的形成过程；进一步地，根据微型反射镜的形成信息，确认微型反射镜阵列是否满足预设参数，在不满足预设参数的情况下，调整第一光源发射的第一光束的发射参数以调整微型反射镜阵列的形成。

在另一个实施例中，调整第一光束和/或待加工样品的位置即相对移动参数，以使微型反射镜阵列的参数发生改变。

在又一个实施例中，通过调整第一光源发射的第一光束的发射参数的同时调整第一光束的焦点与待加工样品的相对移动参数，以使微型反射镜阵列的参数发生变化，精确控制微型反射镜的参数。

本实施例通过实时监测微型反射镜阵列的形成信息，将检测到的形成信息与预设扫描参数进行对比，调整第一光束的发射参数，和/或调整第一光束的焦点与待加工样品的相对移动参数，进而灵活调整微型反射镜阵列的分布和几何参数，保证加工过程的准确性，且该加工过程无需掩膜版，节省材料与实施步骤，操作简单；若样品中已加工的微型反射镜阵列或其中的一部分微型反射镜结构存在错误或误差，在上述的实时检测检测过程中也能够及时修整，为纠错提供了极大的便利。

在上述实施例的基础上，进一步地，实时获取待加工样品上的微型反射镜阵列的形成信息，包括：向待加工样品照射第二光束；在第二光束经过待加工样品后，获取第二光束的光信号，根据光信号获得待加工样品的图像；根据图像，获得微型反射镜阵列的形成信息。

本实施例中的样品台为透明材料制件，待加工样品为透明材料，在样品台远离物镜的一侧设有第二光源，第二光源朝向待加工样品照射第二光束（如图2和图3中虚线箭头所示）；通过在第二光束的传播路径上设置分束器，能够将第二光束与第一光束分离，使第二光束进入到成像组件，如相机，相机获取到第二光束的光信号，根据光信号得到待加工样品的图像信息，进一步根据待加工样品内部的微型反射镜阵列的图像信息，获得微型反射镜阵列的形成信息。

进一步地，根据微型反射镜阵列的形成信息调整第一光源发射的第一光束的发射参数，和/或调整第一光束的焦点与待加工样品的相对移动参数，进而灵活调整激光直写的微型反射镜阵列的分布及几何参数。

本实施例还提供一种微型反射镜阵列加工系统，包括：样品台8，用于放置待加工样品9；第一光源1，用于发射第一光束；光学装置5，用于控制第一光束的照射方向，以使第一光束朝向待加工样品9；物镜7，沿第一光束的传播路径设于样品台8与光学装置5之间，物镜7用于调整第一光束的焦点对准待加工样品9上，以使待加工样品9的被照射位置发生特性变化，特性变化包括折射率变化和光化学反应；其中，第一光束的焦点与样品台8能够根据预设轨迹参数周期性相对移动，以在待加工样品9上形成多个微型反射镜结构15，形成微型反射镜阵列。

参考图2和图4，本实施例中的微型反射镜阵列加工系统包括样品台8、第一光源1、光学装置5以及物镜7，其中样品台8用于放置待加工样品9，且样品台8能够实现三维移动，第一光源1能够发射第一光束，光学装置5能够改变第一光束的照射方向，物镜7将第一光束聚焦在待加工样品9表面或内部的指定深度；样品台8置于物镜7远离光学装置5的一侧，由于第一光束的发射参数是根据待加工样品设定的，第一光束在待加工样品处聚焦时能量密度较大，待加工样品9上被聚焦的位置能够发生特性变化，如折射率变化或光化学反应，以使待加工样品9的内部形成微型反射镜结构15。

进一步地，第一光束的焦点能够根据待加工样品9内部的微型反射镜阵列的预设轨迹参数相对于样品台8进行周期性移动，以对待加工样品9上的多个位置进行聚焦，形成多个微型反射镜结构15，多个微型反射镜结构15形成微型反射镜阵列。

样品台8也能够根据待加工样品9内部的微型反射镜阵列的预设轨迹参数相对于第一光束进行周期性移动，以对待加工样品9上的多个位置进行聚焦，形成多个微型反射镜结构15，多个微型反射镜结构15形成微型反射镜阵列。

在一个优选实施例中，控制第一光束的焦点和样品台8同时进行移动，即第一光束和样品台8相互配合调节，以对待加工样品9上的多个位置进行聚焦，形成多个微型反射镜结构15，多个微型反射镜结构15形成微型反射镜阵列。

本实施例中的待加工样品中被第一光束聚焦照射的区域能够发生特性变化，如折射率变化或光化学反应。

在上述实施例的基础上，进一步地，微型反射镜阵列加工系统还包括准直装置2和扩束整形装置4，准直装置2和扩束整形装置4沿第一光束的传播路径依次设于第一光源1与光学装置5之间；准直装置2用于对第一光束进行准直；扩束整形装置4用于对准直后的第一光束进行扩束整形，以调整第一光束的光斑与物镜7相匹配。

本实施例中的微型反射镜阵列加工系统包括第一光源1、准直装置2、扩束整形装置4、光学装置5、物镜7以及样品台8，准直装置2和扩束整形装置4沿第一光源1发射的第一光束的传播路径依次设于第一光源1与光学装置5之间，第一光束经过准直装置2对第一光束进行准直，准直后的第一光束进入到扩束整形装置4内，对第一光束的光斑进行扩束整形以适应后级元件，如第一光束的光斑经过扩束整形装置4调整后与物镜7的通光孔径相匹配；经过扩束整形后的第一光束进入到光学装置5内，光学装置5改变第一光束的方向后进入到物镜7，以使第一光束在待加工样品9的表面或内部聚焦，使待加工样品9的内部发生特性变化（折射率变化或光化学反应），进而形成微型反射镜结构15。

进一步地，根据预设轨迹参数调整第一光束的焦点与样品台8进行周期性相对移动，以在待加工样品9上形成多个微型反射镜结构15，形成微型反射镜阵列。

在上述实施例的基础上，进一步地，微型反射镜阵列加工系统还包括检测装置14和第一分束器3，第一分束器3沿第一光束的传播路径设于准直装置2和扩束整形装置4之间，第一分束器3用于由第一光束分离出检测光束；检测装置14用于接收检测光束，并根据检测光束检测第一光束的实际参数。

本实施例提供的微型反射镜阵列加工系统还包括检测装置14，用于检测第一光束的实际参数；具体地，沿第一光束的传播路径设置有第一分束器3，第一分束器3位于准直装置2和扩束整形装置4之间，第一分束器3沿第一光束的传播方向倾斜放置，如与第一光束的传播方向成45°放置，能够将第一光束按照一定的能量比例分离出来检测光束，如分离出第一光束总能量的5%为检测光束，其余第一光束进入到扩束整形装置4进行扩束整形，检测光束进入到检测装置14进行检测，检测装置14能够检测出第一光束的实际参数，从而了解在待加工样品9上聚焦的第一光束的实际参数。

进一步地，检测装置14和第一分束器3之间还设有反射镜13，第一分束器3分离出的监测光束经反射镜13反射至监测装置进行检测，本实施例通过调节反射镜13改变检测光束的方向，方便监测装置进行检测。本实施例中根据检测装置14的位置放置反射镜13，合理调整检测光束的方向。

本实施例中关于第一光束的放置位置以及分离出的检测光的比例不做具体限定，根据实际情况限定即可。

在上述实施例的基础上，进一步地，微型反射镜阵列加工系统还包括显微成像装置，显微成像装置用于获取待加工样品9上的微型反射镜阵列的形成信息。

本实施例通过设置显微成像装置实时监测样品上微型反射镜阵列的形成信息，显微成像装置的检测到的形成信息能够反馈至第一光源1和/或光学装置5，实时调整第一光源1和/或第一光束的焦点与待加工样品9的相对位置，保证微型反射镜阵列加工的准确性。

在上述实施例的基础上，进一步地，显微成像装置包括第二光源11、第二分束器6以及成像组件12，第二光源11设于样品台8背离物镜7的一侧，样品台8为透明材料制件，第二光源11用于朝向待加工样品9照射第二光束；第二分束器6沿第二光束的传播路径设于光学装置5与物镜7之间，第二分束器6用于将第二光束（如图2和图3中虚线箭头所示）与第一光束（如图2和图3中实线箭头所示）分离；成像组件12用于获取第二光束的光信号成像，以获得待加工样品9的图像。

本实施例中的样品台8为透明材料制件，待加工样品也为透明材料，第二光源11设于样品台8的下方，即第二光源11设于远离物镜7的一侧，第二光源11能够朝向待加工样品9照射第二光束，第二光束经过待加工样品9后进入到物镜7，从物镜7射出后进入到设于光学装置5与物镜7之间的第二分束器6，第二分束器6能够将第一光束和第二光束分离，即第一光束透过第二分束器6进入到物镜7，第二光束经第二分束器6反射进入到成像组件12，成像组件12获取到第二光束的光信号成像，以获得待加工样品9的图像，即微型反射镜阵列的形成信息；进一步地，根据微型反射镜阵列的形成信息调整第一光源1和/或第一光束的焦点与待加工样品9的相对位置。

在上述实施例的基础上，本实施例在第二光源11和样品台8之间可根据需要设有第一透镜10，第二光源11经第一透镜10聚光后照射待加工样品9，以实现第二光束的合理利用。

在一个实施例中，第二分束器6为二向色镜。

在上述实施例的基础上，光学装置5为扫描振镜，扫描振镜用于形成扫描激发光束；或，光学装置5为高反镜，样品台8能够相对物镜7周期性移动。

在一个实施例中，如图2所示，光学装置5为扫描振镜，第一光束经扫描振镜的反射，形成特定扫描线性型及速率的扫描激光光束，扫描激光光束在待加工样品9聚焦后，聚焦区域的样品形成微型反射镜阵列。

进一步地，微型反射镜阵列加工系统还包括组合透镜，组合透镜设置在扫描振镜和物镜之间，组合透镜用于将物镜的后焦面等效延伸至扫描振镜处，以使经过扫描振镜后的第一光束能够准确地的聚焦到待加工样品9上。

本实施例中的组合透镜包括第二透镜16和第三透镜17，其中第二透镜16可以是扫描透镜，第三透镜17可以是套筒透镜。

组合透镜还包括第四透镜19，第四透镜19设置在成像组件12和第二分束器6之间，其中第四透镜与第三透镜组合，能够对第二光束进行调节，通过合理放置与调节第四透镜19，能够使成像组件在样品加工过程中或完成后获取到的样品形貌更加清晰。

本实施例中关于组合透镜不做具体限定，能够使物镜7的后焦面等效延伸至扫描振镜处即可，其中第四透镜19和第二透镜16可以是同一种透镜。

在另一个实施例中，如图3所示，光学装置5为高反镜，高反镜能够改变第一光束的方向，进一步通过周期性移动样品台8的位置，以改变第一光束在待加工样品9的聚焦位置，待加工样品9被聚焦的多个位置发生特性变化，形成微型反射镜阵列。

进一步地，微型反射镜阵列加工系统还包括第三透镜和第四透镜，第四透镜19和第三透镜17依次设于第二分束器6和成像组件12之间，能够对第二光束进行调节，通过调整第三透镜17和/或第四透镜19能够使成像组件在样品加工过程中或完成后的样品形貌更加清晰。

参考图2至图5，第一光源1发射第一光束，第一光束经过准直装置2进行准直，以使第一光束得到准直，准直后的第一光束进入到扩束整形装置4调整第一光束，以使第一光束的光斑得到扩束整形以适应后级光学元件，如调整第一光束的光斑与物镜7相匹配；进一步地，经过扩束整形后的第一光束进入到光学装置5进行反射，其中光学装置5是扫描振镜，经扫描振镜后的第一光束形成特定扫描线型及速率的扫描激发光束，该周期性的扫描激发光光束经物镜7后在待加工样品9上的指定深度聚焦，其聚焦区域发生特性变化（折射率变化或光化学反应），即焦点区域被激发光加工形成微型反射镜阵列，如图4所示。

进一步地，本实施例的微型反射镜阵列加工系统还包括检测装置14和第一分束器3，第一分束器3设于第一光源1与准直装置2之间，第一分束器3能够将第一光束分离，其中一部分第一光束进入到扩束整形装置4调整光斑，一部分第一光束（检测光束）经反射镜13进入到检测装置14检测第一光束的实际参数，并根据实际参数调整第一光源1的发射参数。

本实施例中的微型反射镜阵列加工系统包括显微成像装置，用于监测待加工样品9上的微型反射镜阵列的形成信息；具体地，显微成像装置包括第二光源11、第一透镜10、第二分束器6以及成像组件12，其中第二分束器6为二向色镜，成像组件12为相机，样品台8为透明材料制件，待加工样品9为透明材料，第二光源11设于样品台8远离物镜7的一侧，并朝向待加工样品9照射第二光束，第二光束依次经过第一透镜10、样品台8、待加工样品9、物镜7以及设于扫描振镜和物镜7之间的二色向镜，二色向镜将第一光束和第二光束分离，其中第二光束经二向色镜反射到达相机，相机获取到待加工样品9的图像，根据待加工样品9的图像，（如有需要可以）实时调整第一光源1发射的第一光束的发射参数、扫描振镜的参数以及样品台8的位置中的至少一个，以改变待加工样品9上微型反射镜阵列的参数信息。

参考图5，本实施例中的第一光束为高斯型光束，由于第一光束在待加工样品9上的焦点区域的能量密度为三维高斯型分布，第一光束的焦点在待加工样品9上的焦点为第一光束焦点的三维高斯分布区域18，第一光束在焦点的三维高斯分布区域18内的体能量密度大，超过一定阈值可使得待加工样品9的局部光学特性发生变化（如折射率变化、光化学反应导致新物质生成等），从而在该部分形成微型反射镜结构15；对待加工样品9内部的其他区域周期性地重复上述扫描，形成微型反射镜阵列。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (13)

1.一种微型反射镜阵列加工方法，其特征在于，包括：

发射第一光束；

控制所述第一光束的照射方向，并调整所述第一光束的焦点对准在待加工样品上，以使所述待加工样品的被照射位置发生特性变化，所述特性变化包括折射率的变化和光化学反应；

根据预设轨迹参数控制所述第一光束的焦点与所述待加工样品周期性相对移动，以在所述待加工样品上形成多个微型反射镜结构，形成微型反射镜阵列。

2.根据权利要求1所述的微型反射镜阵列加工方法，其特征在于，所述发射第一光束之前还包括：

基于所述待加工样品确定所述第一光束的预设参数。

3.根据权利要求2所述的微型反射镜阵列加工方法，其特征在于，所述微型反射镜阵列加工方法还包括：

获取所述第一光束的实际参数；

根据所述实际参数与所述预设参数的关系，调整所述第一光束的发射参数。

4.根据权利要求1所述的微型反射镜阵列加工方法，其特征在于，所述根据预设轨迹参数控制所述第一光束的焦点与所述待加工样品周期性相对移动，包括：

根据所述预设轨迹参数，控制所述第一光束以预设扫描参数周期性扫描照射所述待加工样品；

和/或，根据所述预设轨迹参数，控制所述待加工样品周期性移动。

5.根据权利要求1所述的微型反射镜阵列加工方法，其特征在于，控制所述第一光束的照射方向，并调整所述第一光束的焦点对准在待加工样品上，以使所述待加工样品的被照射位置发生特性变化，所述特性变化包括折射率的变化和光化学反应，之前还包括：

对所述第一光束进行准直；

对准直后的所述第一光束进行扩束整形，以调整所述第一光束的光斑。

6.根据权利要求1所述的微型反射镜阵列加工方法，其特征在于，所述微型反射镜阵列加工方法还包括：

实时获取所述待加工样品上的微型反射镜阵列的形成信息；

根据所述微型反射镜阵列的形成信息，调整所述第一光束的发射参数，和/或调整所述第一光束的焦点与所述待加工样品的相对移动参数。

7.根据权利要求6所述的微型反射镜阵列加工方法，其特征在于，所述实时获取所述待加工样品上的微型反射镜阵列的形成信息，包括：

向待加工样品照射第二光束；

在所述第二光束经过所述待加工样品后，获取所述第二光束的光信号，根据所述光信号获得所述待加工样品的图像；

根据所述图像，获得所述微型反射镜阵列的形成信息。

8.一种微型反射镜阵列加工系统，其特征在于，包括：

样品台，用于放置待加工样品；

第一光源，用于发射第一光束；

光学装置，用于控制所述第一光束的照射方向，以使所述第一光束朝向所述待加工样品；

物镜，沿所述第一光束的传播路径设于所述样品台与所述光学装置之间，所述物镜用于调整所述第一光束的焦点对准所述待加工样品上，以使所述待加工样品的被照射位置发生特性变化，所述特性变化包括折射率变化和光化学反应；

其中，所述第一光束的焦点与所述样品台能够根据预设轨迹参数周期性相对移动，以在所述待加工样品上形成多个微型反射镜结构，形成微型反射镜阵列。

9.根据权利要求8所述的微型反射镜阵列加工系统，其特征在于，所述微型反射镜阵列加工系统还包括准直装置和扩束整形装置，所述准直装置和所述扩束整形装置沿所述第一光束的传播路径依次设于所述第一光源与所述光学装置之间；

所述准直装置用于对所述第一光束进行准直；

所述扩束整形装置用于对准直后的所述第一光束进行扩束整形，以调整所述第一光束的光斑与所述物镜相匹配。

10.根据权利要求9所述的微型反射镜阵列加工系统，其特征在于，所述微型反射镜阵列加工系统还包括检测装置和第一分束器，所述第一分束器沿所述第一光束的传播路径设于所述准直装置和所述扩束整形装置之间，所述第一分束器用于由所述第一光束分离出检测光束；所述检测装置用于接收所述检测光束，并根据所述检测光束检测所述第一光束的实际参数。

11.根据权利要求8所述的微型反射镜阵列加工系统，其特征在于，所述微型反射镜阵列加工系统还包括显微成像装置，所述显微成像装置用于获取所述待加工样品上的微型反射镜阵列的形成信息。

12.根据权利要求11所述的微型反射镜阵列加工系统，其特征在于，所述显微成像装置包括第二光源、第二分束器以及成像组件，所述第二光源设于所述样品台背离所述物镜的一侧，所述样品台为透明材料制件，所述第二光源用于朝向所述待加工样品照射第二光束；

所述第二分束器沿所述第二光束的传播路径设于所述光学装置与所述物镜之间，所述第二分束器用于将所述第二光束与所述第一光束分离；

所述成像组件用于获取所述第二光束的光信号成像，以获得所述待加工样品的图像。

13.根据权利要求8所述的微型反射镜阵列加工系统，其特征在于，所述光学装置为扫描振镜，所述扫描振镜用于形成扫描激发光束；或，所述光学装置为高反镜，所述样品台能够相对所述物镜周期性移动。

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