CN1796039A - 用激光在光敏性材料中制有多重周期微结构的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光在光敏性材料中加工多重周期性微结构系统和方法。在激光器输出光路上依次设置分光束装置、汇聚光束装置和样品台；激光器1产生的激光经分光束装置分成N束相干光后到达汇聚光束装置，调节由计算机操纵的三维微移动系统使这些相干光束在汇聚光束装置的后面相交，实现在时间和空间上的相干，形成多重周期结构的干涉条纹作用于放置在样品台的光敏性材料上，通过曝光在光敏性材料中获得多重周期性微结构。该系统结构简单、易于实现工业化；本发明的方法制备工艺简单、时间短、效率高，以及该方法可实现对周期大小和结构花样任意调节，重复性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光加工方法和加工设备，特别是涉及一种利用激光在光敏性材料中制备具有多重周期性微结构的方法及系统。
背景技术
周期性微结构在半导体微电子领域、高密度信息存储领域、光电子器件领域等信息技术领域得到了广泛的应用。特别是在新型光子学器件领域，周期性微结构的应用受到了广泛的关注。其中以光子晶体为代表的利用周期性微结构对光进行调制的研究与开发工作在世界各国广泛地开展。
以半导体超晶格为代表的多重周期性微结构已经在光电子领域被广泛研究。但是在利用光子晶体原理、即以光的多重散射为基础进行光的调制时，类似半导体超晶格的多重周期性微结构、即光子晶体超晶格的报道到目前为止仅有两例。在有关光子晶体超晶格的报道中，Rajesh Rengarajan等人利用两种不同尺寸的二氧化硅胶体粒子通过自组装的方法获得了胶体粒子呈多重周期性排列的结构(Phys.Rev.B，Rajesh Rengarajan等，美国物理学会，2001，64：205103-1～205103-4)。Wounjhang Park和Christopher J.Summers报道了有关采用电光材料作为模型材料、利用对电光特性的调制形成折射率呈多重周期性变化的二维光子晶体超晶格结构的理论计算研究结果。(Appl.Phys.Lett.，Wounjhang Park和Christopher J.Summers，美国物理研究所，2004，84：2013～2015)。上述有关多重周期性微结构的制备工作并未能够提出较为重复性好、可进行控制的理想的制备技术。
在众多的周期性微结构制备技术中，激光技术已经成为制备周期性微结构的重要方法得到了广泛的应用。利用激光进行周期性微结构制备的激光加工技术，主要有激光扫描和激光干涉等方法。激光扫描技术通过预先设计的周期性微结构图案数据利用计算机控制激光光束与光敏性物质的作用位置可得到周期性微结构，Koshiro Kaneko等人利用飞秒激光双光子聚合方法制备了具有最为复杂的周期性微结构——三维金刚石型光子晶体(Appl.Phys.Lett.，Koshiro Kaneko等，美国物理研究所，2003，83：1426～1428)。但是，激光扫描制备周期性微结构时，存在加工速度慢、难于进行大面积制备等缺点，不适合于大量制备的要求。激光干涉技术做为一种先进加工技术在光敏性材料的周期性微结构制备中被已经广泛应用。M.Campbell等人利用Nd:YAG纳秒脉冲激光器所产生三倍频光束(波长为355nm)作为光源，利用调整四光束干涉的角度条件，在焦点实现在时间和空间上的相干并作用于光刻胶薄膜上，获得了面心立方的三维光子晶体周期性微结构(Nature，M.Campbell等，麦克米兰出版公司，2000，404：53～56)。Hong-Bo Sun等人利用钛宝石飞秒脉冲激光器所产生的波长为780nm，脉冲宽度为80fs的近红外激光光束通过四光束干涉，获得了周期性三维纳米网络微结构(Adv.Mater.，Hong-Bo Sun等，德国WILEY-VCH，2003，15：2011～2014)。Toshiaki Kondo等人利用钛宝石飞秒脉冲激光器所产生的波长为800nm，脉冲宽度为80fs的近红外激光光束通过四光束干涉，获得了二维阵列型周期性微结构(Appl.Phys.Lett.，Toshiaki Kondo等，美国物理研究所，2003，82：2758～2760)。Jan-Hendrik Klein-Wiele和Peter Simon利用染料激光器与KrF放大器组成的系统所产生的波长为248nm，脉冲宽度为500fs的紫外激光光束通过相位的控制获得了各种二维周期性微结构(Appl.Phys.Lett.，Jan-Hendrik Klein-Wiele和Peter Simon，美国物理研究所，2003，83：4707～4709)。Satoru Shoji和SatoshiKawata利用氦镉激光器所产生的波长为432nm的连续可见激光光束通过四光束干涉，获得了二维及三维周期性微结构(Appl.Phys.Lett.，Satoru Shoji和Satoshi Kawata，美国物理研究所，2000，76：2668～2670)。上述技术所获得的结构均为单一周期性结构，尚未有成功制备出多重周期性微结构的先例。
发明内容
本发明的目在于克服已有的在热敏材料中制备周期性微结构的方法，只能制备出二维及三维的单一周期性微结构，而不能制备出多重周期性微结构的缺陷；从而提供一种重复性好、并可对周期和结构进行控制的，利用激光在光敏性材料中制备具有多重周期性微结构的方法，以及提供一种利用激光在热敏材料中制备周期性微结构的系统。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的利用激光在光敏性材料中制备具有多重周期性微结构的系统如图1所示，包括激光器1、分光束装置2、其特征在于，还包括计算机操纵的三维微移动系统5和在该系统上安置的汇聚光束装置3、光敏性材料4；其中在激光器1输出光路上依次设置分光束装置2、汇聚光束装置3和样品台4；激光器1产生的激光经分光束装置2分成N束相干光后到达汇聚光束装置3，调节由计算机操纵的三维微移动系统5使这些相干光束在汇聚光束装置3的后面相交，实现在时间和空间上的相干，形成多重周期结构的干涉条纹作用于放置在样品台4的光敏性材料上，通过曝光在光敏性材料中获得多重周期性微结构。
在上述的技术方案中，所述的分光束装置中的分光部件，包括光衍射分束器与屏蔽器的组合或分光棱镜与反射镜的组合。
所述的分光束装置2的第一种(如图2所示)，由分光部件(可以是光衍射分束器)、准直透镜6、屏蔽器7：其中激光器1发出的激光经过光衍射分束器2，被分成9束后被准直透镜准6直成近平行的9束激光，此9束光的周围八束是以1∶1的比例分配，中间一束光占据的能量根据所选激光波长的不同会有差别；此9束光到达屏蔽器7，屏蔽器7使得其中的4束激光通过，其他的则被屏蔽掉。
所述的屏蔽器7为多针孔光阑屏蔽器。
所述的分光束装置2的另一种(如图3所示)，包括分光部件为3块分光棱镜；其中激光器1发出的激光经过1∶1的第一分光棱镜9后分为两束，此两束光再分别经过第二分光棱镜13和第三分光棱镜18实现将激光分为4束。
在上述技术方案中，所述的激光经分光束装置2分成N束相干光，其中分光束装置2用光衍射分束器进行分光的，N为3束至20束，再利用多针孔光阑7选择需要的光束数；其中分光束装置2用分光棱镜8与反射镜9的组合的，N为3束或4束。
在上述技术方案中，所述的汇聚N束光的装置也有两种：分别如图2和图3。第一种汇聚四束光的装置如图2所示，它为一个聚焦透镜8，设置在屏蔽器7输出光路上，该聚焦透镜8的焦距为1mm-500mm，此聚焦透镜使N束光汇聚与透镜焦点处实现时间与空间上的相干，相干区域的光斑面积为(1um-1cm)。
第二种汇聚四束光的装置如图3所示，它为4个反射镜11、12、16、17，通过4个反射镜可使四束光汇聚于光敏材料上，实现时间与空间上的相干，相干区域的光斑面积为0.1mm-1cm。
在上述的技术方案中，所述的激光器包括连续或脉冲激光器；脉冲宽度从纳秒到飞秒范围。
所述的激光器可以使用波长范围为深紫外(155nm)到近红外(1064nm)波长范围。其中，深紫外波长的激光器为Nd:YAG激光器的四倍频266nm；紫外波长的激光器为Nd:YAG激光器的三倍频355nm、He-Cd激光器的325nm；所述的可见光波长的激光器为Nd:YAG激光器的二倍频532nm、He-Cd激光器的441.6nm、钛宝石激光器的700nm；所述的近红外波长的激光器为钛宝石激光器的700nm-1000nm、Nd:YAG激光器的1064nm。
在上述技术方案中，所述点光源和平行光的产生方法有两种：针对分光束装置为光衍射分束器与多针孔光阑组合情况下，点光源和平行光可以通过沿主轴方向移动聚焦透镜至适当位置产生；针对分光束装置为分光棱镜与反射镜的组合时可直接得到平行光源，利用在此汇聚装置中添加聚焦透镜可产生点光源。
在上述技术方案中，所述相干光源为点光源时，点光源与放置光敏材料的样品台间的距离与多光聚焦后的光斑面积可比较时，点光源作用才明显。相干后在光敏性材料中可以形成由双曲线调制的多重周期性微结构。
本发明利用激光在光敏性材料中制备具有多重周期性微结构的方法是在本发明的系统中进行的，包括如下步骤：
1)选用与要制备的光敏性材料相对应的激光波长的激光器，将激光器的输出功率调整在1mw-10W范围内、其波长在155nm-1064nm范围内，激光器产生的一束激光经分光束装置，分为N束；
2)利用计算机操纵的三维微移动系统调节汇聚光束装置及样品台，通过平行主轴方向微移动聚焦透镜，透镜焦距为1mm-500mm，在焦点及其附近相交，实现空间与时间上的相干，产生多周期的干涉条；或通过垂直主轴方向微移动聚焦透镜，透镜焦距为1mm-500mm，在焦点及其附近相交，实现空间与时间上的相干，产生双周期的干涉条纹；然后通过改变棱镜、反射镜的角度，使汇聚的N束光的入射角按预先设计进行搭配，可形成具有多周期的微结构；
3)把制备好的光敏性材料样品，安置在本发明的系统中已调节好的汇聚光路前方的样品台上：使相干后的激光作用于光敏性材料的薄膜上，其激光作用的强度为1mW-10W，曝光时间为0.0001秒-30分钟；
4)获得多重周期性微结构的光敏性材料，还可以根据需要通过后处理过程进一步制备立体结构：将步骤3)所得到的经过多光束干涉作用后的光敏材料薄膜，经洗涤、加热分解、烧蚀、显影工艺，根据材料的种类选择响应的工艺条件；将未与光进行相互作用的光敏性材料部分去除以得到负型结构，或将已与光进行了相互作用的光敏性材料部分去除以得到正型结构；采用以上两种方法控制光学图案的形状，并使光与光敏性材料按照所形成的光学图案、即光学干涉图案中的光强分布进行相关作用，诱导出具有不同材料特性的多重周期性微结构。
在上述的技术方案中，所述的光敏性材料包括：有机光敏材料、或无机光敏材料、或含有金属离子的光敏材料。
其中有机光敏材料包括常用的其主要成分为丙烯酸酯类、环氧树脂类为代表的光刻胶，以及其它含有一种或数种可以进行光聚合的单体或低聚物、一种或数种可以引发光聚合的光聚合引发剂、一种或数种可以增加光引发效率的光敏剂等化合物并可以进行光聚合的混合物；也包括含有一种或数种可发生光分解反应的化合物或聚合物或其混合物；也包括含有一种或数种可以与光产生光交联反应的光交联剂、一种或数种可以在光交联剂作用下发生光交联反应的高分子等化合物的混合物；也包括含有一种或数种可以与光产生光异构化反应的化合物的高分子材料，如在高分子主链或侧链上含有上述基团的高分子材料，或将上述化合物搀杂到高分子材料中而得到的材料。
在上述的技术方案中，所述的无机光敏材料包括可发生光聚合反应的无机材料、可发生光分解反应的无机材料、含有可发生光交联反应分子的无机材料、含有可发生光还原反应分子的无机材料、含有可发生光氧化反应分子的无机材料。
利用本发明所述的技术制备的多重周期性微结构可被作为模板使用，用来制备其它具有不同性质，如、不同的光学特性、不同的电子学特性、不同的力学特性等的材料的多重周期性微结构。这些材料包括有机高分子材料、无机陶瓷材料、半导体材料、金属材料等各种具有力学、光学、电学或其它特性的材料。利用本发明所述的技术制备的多重周期性微结构可被作为模板使用制备此类材料的多重周期性微结构时，各种常用的制备反转结构的工艺和方法，如、溶胶-凝胶法、电沉积法、烧蚀法、自组装法、气相沉积法等制备反转结构的所有方法均可根据所使用的材料的特性选择使用。通过反转结构所获得的多重周期性微结构可以是原微结构的完全反转，也可以是通过原微结构所派生出来的、以原微结构为基础的新的多重周期性微结构。
所制备的这类多重周期性微结构材料可以在光电子领域作为光子晶体以及光子晶体超晶格对光、电磁波等进行调制，也可以作为模板制备其它的多重周期性微结构在其它领域进行应用。
本发明的优越性：
1.本发明的系统和方法使多束激光在光束间实现空间与时间上的相干，能够制备出在光敏性材料中诱导出多重周期性微结构的材料。
2.利用本发明的方法可在几微米到几毫米的微区上产生多重周期性微结构，微区尺寸可以通过改变入射光束直径来控制，其制备工艺简单、时间短、效率高。
3.本发明所述方法可以通过选择准直透镜3及汇聚透镜5的焦距进行调节，而制备出周期大小与结构不同的材料，或者其周期尺寸可以通过改变四束会聚光的入射角进行调节，其小周期范围为100nm到几十微米，大周期范围为几百纳米到几百微米；因此该方法实现了周期大小与结构可控，并且重复性好。
4.本发明的方法所制备的多重周期性微结构及其反转结构可以满足微电子、高密度信息存储、微纳米尺度光电子器件以及微光学等领域的需要。
5.本发明的系统结构简单，易于实现，适于工业化生产。
附图说明
图1为本发明的制备多重周期性微结构的系统示意图
图2为本发明的制备多重周期性微结构的系统一种光路实施方式示意图
图3为本发明的制备多重周期性微结构的系统另一种光路实施方式示意图
图4a为对应图2的系统中，通过调节聚焦透镜和样品台控制光学干涉图案的方法之一的示意图
图4b为对应图3的系统中，通过调节聚焦透镜和样品台控制光学干涉图案的方法之二的示意图
图5是使用图2的系统，控制聚焦透镜5达到控制光学干涉图案，所获得的微结构的总体扫描电子显微镜照片
图6为图5中的细微结构图的扫描电子显微镜照片
图7是使用图2的系统，控制聚焦透镜5控制光学干涉图案的方式之二，所获得的微结构的总体扫描电子显微镜照片。
图面说明：
1、激光器； 2、分光束装置； 3、汇聚光束装置；
4、样品台； 5、由计算机控制的三维微系统；
20、衍射分束器； 6、准直透镜； 7、屏蔽器； 8、聚焦透镜；
9、第一分光棱镜； 10、第一反射镜； 11、第二反射镜；
12、第三反射镜； 13、第二分光棱镜； 14、第四反射镜；
15、第五反射镜； 16、第六反射镜； 17、第七反射镜；
18、第三分光棱镜；
具体实施方式
实施例1，
参考图2、图4a，在商品名为SCR500的光刻胶上制备出呈双曲线型的微结构多重周期性微结构，以下结合附图和实施例对本发明的系统，以及在该系统上进行制备的具体步骤进行详细地说明：
该系统包括：激光器1选用Nd:YAG激光器，该激光器1的三倍频355nm，脉冲宽度为8ns，脉冲重复频率为10Hz，光束直径为6.4mm；在激光器1输出光的光路上设置一块用SiO2材料制作的光衍射分束器2，将激光分成9束，在其后输出光路上设置一用BK7玻璃制作的准直透镜6，该准直透镜6的焦距为100mm，此9束光经准直透镜6后变成平行光束；在准直透镜6后的平行激光光路上设置一块多针孔光阑屏蔽器7；在本例中共制4个相互对称的圆孔作为多针孔光阑屏蔽器7，在多针孔光阑屏蔽器7选取其中对称的四束光通过，此四束光的总平均功率为1mW，在该四束平行光的前方安置一块焦距为35mm的、用BK7玻璃制作的聚焦透镜8，和样品台4；聚焦透镜8及样品台均安装在三维移动平台5上(光学实验室使用的三维移动平台或其它市场上买到的都可以)，并由计算机操纵三维移动平台5的运动，通过平行主轴方向微移动聚焦透镜8(如图4a所示)，经过调节由计算机操纵的三维微移动系统5使这些相干光束在聚焦透镜8的后面相交，实现在时间和空间上的相干，形成多重周期结构的干涉条纹，它作用于放置在样品台4的光敏性材料上，通过曝光在光敏性材料中获得多重周期性微结构。
在上述的系统中进行制备的具体步骤：
选用光敏材料4为涂在玻璃片上面的一层商品名称SCR500光刻胶，其厚度为5um的薄膜；
Nd:YAG激光器1的三倍频355nm，脉冲宽度为8ns，脉冲重复频率为10Hz，光束直径为6.4mm，首先打开Nd:YAG激光器1，将激光器产生的一束激光经光衍射分束器，分为9束；中心的一束光占据了大部分能量，其余8束光的能量以1∶1的比例分配；此9束光经焦距为100mm的准直透镜6后变成平行光束；该经准直透镜6后的平行激光经过屏蔽器7，其中对称的四束光输出，此四束光的总平均功率为1mW，在该四束平行光经过聚焦透镜8，聚焦透镜8及样品台由计算机操纵的三维移动平台5控制，通过平行主轴方向微移动聚焦透镜8(如图4a所示)，四束光与主轴的夹角同为6°，调节每一束光的焦点与样品台的间距为5mm，将四束光聚焦到作为样品的光敏材料的薄膜4上，光斑直径为2mm，光敏材料为涂在玻璃片上面的一层厚度为5um的SCR500薄膜，曝光时间10秒种后，将玻璃片用乙醇清洗，清洗过后可观察到光敏材料中呈双曲线型的微结构如图5所示，其内部多重周期性微结构如图6所示，内部小周期约4um。
实施例2：
参考图2、图4b，制作一在SCR500光敏材料中制备出2重周期性微结构的系统，以及在该系统上进行制备的具体步骤，以下结合附图和实施例进行详细地说明：
本实施例的系统包括：选用He-Cd激光器1，其He-Cd激光器1的波长为325nm.光束直径为1.6mm的连续激光光束，经衍射光分束器将光束分成9束，中心的一束光占据了大部分能量。其余8束光的能量以1∶1的比例分配，此9束光经焦距为100mm的准直透镜6后变成平行光束；在准直透镜6后的平行激光光路上设置一块屏蔽器7，该屏蔽器7为在纸板的对应光传输位置处，制成一个与光斑同样大的圆孔让光通过，在本例中共制4个相互对称的圆孔作为屏蔽器7，选取其中对称的四束光，此四束光的总平均功率为10mW，在该四束平行光的前方安置一块聚焦透镜8，该聚焦透镜8的焦距为60mm，准直透镜6及聚焦透镜8的材料都为BK7玻璃，聚焦透镜8及样品台安装在由计算机操纵的三维移动平台上，并受其计算机控制，通过垂直主轴方向微移动透镜5(如图4b所示)，使四光束与主轴的夹角分别为a1＝2.6°，a2＝3°，a3＝3.6°，a4＝3°，将四束光聚焦到作为样品的光敏材料的薄膜上，光斑直径为1.6mm，光敏材料为涂在玻璃片上面的一层厚度为3um的SCR500光刻胶薄膜，曝光时间30秒种后，将玻璃片用乙醇清洗，清洗过后可观察到光敏材料中呈双周期的微结构如图7所示，经扫描电子显微镜观察其小周期为约5um，大周期约为28um。
实施例3
参考图3、制作一在石英玻璃中制备出2重周期性微结构的系统，以及在该系统上进行制备的具体步骤，以下结合实施例进行详细地说明：
本实施例的系统包括：选用脉冲宽度为120fs的，脉冲重复频率为5Hz，脉冲能量为80μJ，光束直径为6.4mm的超短脉冲激光器1，激光光束经第一分光棱镜9后光束以1∶1的比例分成2束平行光，此两束光分别经第一反射镜10、第二反射镜11、第三反射镜12与第二分光棱镜13的组合及第四反射镜14、第五反射镜15、第六反射镜16、第七反射镜17与第三分光棱镜18的组合，这些反射镜和分光棱镜，及样品台都安装在由计算机操纵的三维移动平台上；他们受计算机操纵的三维移动平台控制，最后控制四光束从第二反射镜11、第三反射镜12、第六反射镜16、第七反射镜17出来的光汇聚于石英玻璃4上，该四光束与样品台主轴的夹角分别为a1＝6°，a2＝6°，a3＝4.5°，a4＝4.5°，四束光汇聚后的光斑直径约6mm，这样在石英表面可观察到双周期的微结构，其小周期为约7.5um，大周期约为30um。
实施例4
参考图2、图4b，制作一在含有金属离子的光敏材料中制备出2重周期性微结构的系统。选用一波长为325nm的He-Cd激光器1，该He-Cd激光器1的光束直径为1.6mm的连续激光光束，经衍射光分束器20将光束分成9束，中心的一束光占据了大部分能量。其余8束光的能量以1∶1的比例分配，此9束光经焦距为100mm的准直透镜6后变成平行光束。在准直透镜6后的平行激光光路上设置一块屏蔽器7，该屏蔽器7为在纸板的对应光传输位置处，制成一个与光斑同样大的圆孔让光通过，在本例中共制4个相互对称的圆孔作为屏蔽器7，选取其中对称的四束光，此四束光的总平均功率为10mW，在该四束平行光的前方安置一块聚焦透镜8，该聚焦透镜8的焦距为60mm，准直透镜6及聚焦透镜8的材料都为BK7玻璃，聚焦透镜8及样品台由计算机操纵的三维移动平台控制，通过垂直主轴方向微移动聚焦透镜8(如图4_b所示)，使四光束与主轴的夹角分别为a1＝2.6°，a2＝3°，a3＝3.6°，a4＝3°，将四束光聚焦到作为样品的含有金属离子的光敏材料的薄膜上，光斑直径为1.6mm。含有金属离子的光敏材料为4克聚乙烯醇和0.5克硝酸银溶解到20毫升水里而得到的水溶液，将此水溶液通过旋涂在玻璃片上面获得的一层厚度为3um薄膜。曝光时间30秒种后，可观察到在聚乙烯醇高分子薄膜中由被光还原的银纳米粒子形成的双周期的微结构，其小周期为约5um，大周期约为28um。
Claims (11)
1.一种用激光在光敏性材料中制有多重周期微结构的系统，包括激光器(1)、分光束装置(2)、其特征在于：还包括计算机操纵的三维微移动系统(5)，和在该系统上安置的汇聚光束装置(3)和样品台(4)、其中在激光器(1)输出光路上依次设置分光束装置(2)、汇聚光束装置(3)和样品台(4)；激光器(1)产生的激光经分光束装置(2)分成N束相干光后到达汇聚光束装置(3)，调节由计算机操纵的三维微移动系统(5)使这些相干光束在汇聚光束装置(3)的后面相交，实现在时间和空间上的相干，形成多重周期结构的干涉条纹作用于放置在样品台(4)的光敏性材料上。
2.按权利要求1所述的用激光在光敏性材料中制有多重周期微结构的系统，其特征在于：所述的激光器(1)包括连续激光器或脉冲激光器；脉冲宽度从纳秒到飞秒范围；波长范围为深紫外155nm到近红外1064nm波长范围。
3.按权利要求1所述的用激光在光敏性材料中制有多重周期微结构的系统，其特征在于：所述的分光束装置(2)包括光衍射分束器(6)与屏蔽器(7)组合；或采用3块分光棱镜与反射镜的组合。
4.按权利要求1所述的用激光在光敏性材料中制有多重周期微结构的系统，其特征在于：所述的汇聚光束装置(3)为一个聚焦透镜，透镜的焦距为1mm-500mm。
5.按权利要求1所述的用激光在光敏性材料中制有多重周期微结构的系统，其特征在于：所述的汇聚光束装置(3)为4个反射镜，通过4个反射镜可使四束光汇聚于光敏材料上，实现时间与空间上的相干，相干区域的光斑面积为0.1mm-1cm。
6.一种应用权利要求1所述的系统进行在光敏性材料中制有多重周期微结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)选用波长与光敏性材料可发生作用的激光器做光源，将激光器的输出平均功率调整在1mw-10W范围内，激光器产生的一束激光经分光束装置分成加工多周期结构所需要的N束；
2)利用计算机操纵的三维微移动系统调节汇聚光束装置及样品台，通过平行主轴方向微移动聚焦透镜，透镜焦距为1mm-500mm，在焦点及其附近相交，实现空间与时间上的相干，产生多周期的干涉条；或通过垂直主轴方向微移动聚焦透镜，透镜焦距为1mm-500mm，在焦点及其附近相交，实现空间与时间上的相干，产生双周期的干涉条纹；然后通过改变棱镜、反射镜的角度，使汇聚的N束光的入射角按预先设计进行搭配，可形成具有多周期的微结构；
3)把制备好的光敏性材料样品，安置在本发明的系统中已调节好的汇聚光路前方的样品台上：使相干后的激光作用于光敏性材料的薄膜上，其激光作用的强度为1mW-10W，曝光时间为0.0001秒-30分钟；
4)获得多重周期性微结构的光敏性材料，还可以根据需要通过后处理过程进一步制备立体结构：将步骤3)所得到的经过多光束干涉作用后的光敏材料薄膜，经洗涤、加热分解、烧蚀、显影工艺，将未与光进行相互作用的光敏性材料部分去除以得到负型结构，或将已与光进行了相互作用的光敏性材料部分去除以得到正型结构；采用以上两种方法控制光学图案的形状，并使光与光敏性材料按照所形成的光学图案、即光学干涉图案中的光强分布进行相关作用，诱导出具有不同材料特性的多重周期性微结构。
7.按权利要求6所述的用激光在光敏性材料中制有多重周期微结构的方法，其特征在于：所述的光敏性材料(4)盛放在一透明容器内，或者在石英、玻璃、陶瓷、金属、聚合物或硅基体上附着一层光敏性材料薄膜。
8.根据权利要求6所述的用激光在光敏性材料中制有多重周期微结构的方法，其特征在于：所述的光敏性材料，包括有机光敏材料、无机光敏材料、含有金属离子的光敏材料本体或制作的薄膜。
9.根据权利要求8所述的用激光在光敏性材料中制有多重周期微结构的方法，其特征在于：所述的有机光敏材料包括可发生光聚合反应的有机材料、可发生光分解反应的有机材料、含有可发生生光交联反应分子的有机材料、含有可发生光异构化反应分子的有机材料。
10.根据权利要求8所述的利用激光在光敏性材料中制备具有多重周期性微结构的方法，其特征在于：所述的无机光敏材料包括可发生光聚合反应的无机材料、可发生光分解反应的无机材料、含有可发生光交联反应分子的无机材料、含有可发生光还原反应分子的无机材料、含有可发生光氧化反应分子的无机材料。
11.根据权利要求8所述的利用激光在光敏性材料中制备具有多重周期性微结构的方法，其特征在于：所述的含有金属离子的光敏材料包括含有可发生光还原反应的金属离子的无机材料、含有可发生光还原反应的金属离子的有机材料、含有可发生光氧化反应分子的无机材料\含有可发生光氧化反应分子的有机材料。
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