專利名稱：用激光在光敏性材料中制有多重周期微結構的方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種激光加工方法和加工設備，特別是涉及一種利用激光在光敏性材料中制備具有多重周期性微結構的方法及系統。
背景技術：
周期性微結構在半導體微電子領域、高密度信息存儲領域、光電子器件領域等信息技術領域得到了廣泛的應用。特別是在新型光子學器件領域，周期性微結構的應用受到了廣泛的關注。其中以光子晶體為代表的利用周期性微結構對光進行調制的研究與開發工作在世界各國廣泛地開展。
以半導體超晶格為代表的多重周期性微結構已經在光電子領域被廣泛研究。但是在利用光子晶體原理、即以光的多重散射為基礎進行光的調制時，類似半導體超晶格的多重周期性微結構、即光子晶體超晶格的報道到目前為止僅有兩例。在有關光子晶體超晶格的報道中，Rajesh Rengarajan等人利用兩種不同尺寸的二氧化硅膠體粒子通過自組裝的方法獲得了膠體粒子呈多重周期性排列的結構(Phys.Rev.B，Rajesh Rengarajan等，美國物理學會，2001，64205103-1～205103-4)。Wounjhang Park和Christopher J.Summers報道了有關采用電光材料作為模型材料、利用對電光特性的調制形成折射率呈多重周期性變化的二維光子晶體超晶格結構的理論計算研究結果。(Appl.Phys.Lett.，Wounjhang Park和Christopher J.Summers，美國物理研究所，2004，842013～2015)。上述有關多重周期性微結構的制備工作并未能夠提出較為重復性好、可進行控制的理想的制備技術。
在眾多的周期性微結構制備技術中，激光技術已經成為制備周期性微結構的重要方法得到了廣泛的應用。利用激光進行周期性微結構制備的激光加工技術，主要有激光掃描和激光干涉等方法。激光掃描技術通過預先設計的周期性微結構圖案數據利用計算機控制激光光束與光敏性物質的作用位置可得到周期性微結構，Koshiro Kaneko等人利用飛秒激光雙光子聚合方法制備了具有最為復雜的周期性微結構——三維金剛石型光子晶體(Appl.Phys.Lett.，Koshiro Kaneko等，美國物理研究所，2003，831426～1428)。但是，激光掃描制備周期性微結構時，存在加工速度慢、難于進行大面積制備等缺點，不適合于大量制備的要求。激光干涉技術做為一種先進加工技術在光敏性材料的周期性微結構制備中被已經廣泛應用。M.Campbell等人利用Nd:YAG納秒脈沖激光器所產生三倍頻光束(波長為355nm)作為光源，利用調整四光束干涉的角度條件，在焦點實現在時間和空間上的相干并作用于光刻膠薄膜上，獲得了面心立方的三維光子晶體周期性微結構(Nature，M.Campbell等，麥克米蘭出版公司，2000，40453～56)。Hong-Bo Sun等人利用鈦寶石飛秒脈沖激光器所產生的波長為780nm，脈沖寬度為80fs的近紅外激光光束通過四光束干涉，獲得了周期性三維納米網絡微結構(Adv.Mater.，Hong-Bo Sun等，德國WILEY-VCH，2003，152011～2014)。Toshiaki Kondo等人利用鈦寶石飛秒脈沖激光器所產生的波長為800nm，脈沖寬度為80fs的近紅外激光光束通過四光束干涉，獲得了二維陣列型周期性微結構(Appl.Phys.Lett.，Toshiaki Kondo等，美國物理研究所，2003，822758～2760)。Jan-Hendrik Klein-Wiele和Peter Simon利用染料激光器與KrF放大器組成的系統所產生的波長為248nm，脈沖寬度為500fs的紫外激光光束通過相位的控制獲得了各種二維周期性微結構(Appl.Phys.Lett.，Jan-Hendrik Klein-Wiele和Peter Simon，美國物理研究所，2003，834707～4709)。Satoru Shoji和SatoshiKawata利用氦鎘激光器所產生的波長為432nm的連續可見激光光束通過四光束干涉，獲得了二維及三維周期性微結構(Appl.Phys.Lett.，Satoru Shoji和Satoshi Kawata，美國物理研究所，2000，762668～2670)。上述技術所獲得的結構均為單一周期性結構，尚未有成功制備出多重周期性微結構的先例。
發明內容
本發明的目在于克服已有的在熱敏材料中制備周期性微結構的方法，只能制備出二維及三維的單一周期性微結構，而不能制備出多重周期性微結構的缺陷；從而提供一種重復性好、并可對周期和結構進行控制的，利用激光在光敏性材料中制備具有多重周期性微結構的方法，以及提供一種利用激光在熱敏材料中制備周期性微結構的系統。
本發明的目的是這樣實現的本發明提供的利用激光在光敏性材料中制備具有多重周期性微結構的系統如圖1所示，包括激光器1、分光束裝置2、其特征在于，還包括計算機操縱的三維微移動系統5和在該系統上安置的匯聚光束裝置3、光敏性材料4；其中在激光器1輸出光路上依次設置分光束裝置2、匯聚光束裝置3和樣品臺4；激光器1產生的激光經分光束裝置2分成N束相干光后到達匯聚光束裝置3，調節由計算機操縱的三維微移動系統5使這些相干光束在匯聚光束裝置3的后面相交，實現在時間和空間上的相干，形成多重周期結構的干涉條紋作用于放置在樣品臺4的光敏性材料上，通過曝光在光敏性材料中獲得多重周期性微結構。
在上述的技術方案中，所述的分光束裝置中的分光部件，包括光衍射分束器與屏蔽器的組合或分光棱鏡與反射鏡的組合。
所述的分光束裝置2的第一種(如圖2所示)，由分光部件(可以是光衍射分束器)、準直透鏡6、屏蔽器7其中激光器1發出的激光經過光衍射分束器2，被分成9束后被準直透鏡準6直成近平行的9束激光，此9束光的周圍八束是以1∶1的比例分配，中間一束光占據的能量根據所選激光波長的不同會有差別；此9束光到達屏蔽器7，屏蔽器7使得其中的4束激光通過，其他的則被屏蔽掉。
所述的屏蔽器7為多針孔光闌屏蔽器。
所述的分光束裝置2的另一種(如圖3所示)，包括分光部件為3塊分光棱鏡；其中激光器1發出的激光經過1∶1的第一分光棱鏡9后分為兩束，此兩束光再分別經過第二分光棱鏡13和第三分光棱鏡18實現將激光分為4束。
在上述技術方案中，所述的激光經分光束裝置2分成N束相干光，其中分光束裝置2用光衍射分束器進行分光的，N為3束至20束，再利用多針孔光闌7選擇需要的光束數；其中分光束裝置2用分光棱鏡8與反射鏡9的組合的，N為3束或4束。
在上述技術方案中，所述的匯聚N束光的裝置也有兩種分別如圖2和圖3。第一種匯聚四束光的裝置如圖2所示，它為一個聚焦透鏡8，設置在屏蔽器7輸出光路上，該聚焦透鏡8的焦距為1mm-500mm，此聚焦透鏡使N束光匯聚與透鏡焦點處實現時間與空間上的相干，相干區域的光斑面積為(1um-1cm)。
第二種匯聚四束光的裝置如圖3所示，它為4個反射鏡11、12、16、17，通過4個反射鏡可使四束光匯聚于光敏材料上，實現時間與空間上的相干，相干區域的光斑面積為0.1mm-1cm。
在上述的技術方案中，所述的激光器包括連續或脈沖激光器；脈沖寬度從納秒到飛秒范圍。
所述的激光器可以使用波長范圍為深紫外(155nm)到近紅外(1064nm)波長范圍。其中，深紫外波長的激光器為Nd:YAG激光器的四倍頻266nm；紫外波長的激光器為Nd:YAG激光器的三倍頻355nm、He-Cd激光器的325nm；所述的可見光波長的激光器為Nd:YAG激光器的二倍頻532nm、He-Cd激光器的441.6nm、鈦寶石激光器的700nm；所述的近紅外波長的激光器為鈦寶石激光器的700nm-1000nm、Nd:YAG激光器的1064nm。
在上述技術方案中，所述點光源和平行光的產生方法有兩種針對分光束裝置為光衍射分束器與多針孔光闌組合情況下，點光源和平行光可以通過沿主軸方向移動聚焦透鏡至適當位置產生；針對分光束裝置為分光棱鏡與反射鏡的組合時可直接得到平行光源，利用在此匯聚裝置中添加聚焦透鏡可產生點光源。
在上述技術方案中，所述相干光源為點光源時，點光源與放置光敏材料的樣品臺間的距離與多光聚焦后的光斑面積可比較時，點光源作用才明顯。相干后在光敏性材料中可以形成由雙曲線調制的多重周期性微結構。
本發明利用激光在光敏性材料中制備具有多重周期性微結構的方法是在本發明的系統中進行的，包括如下步驟1)選用與要制備的光敏性材料相對應的激光波長的激光器，將激光器的輸出功率調整在1mw-10W范圍內、其波長在155nm-1064nm范圍內，激光器產生的一束激光經分光束裝置，分為N束；2)利用計算機操縱的三維微移動系統調節匯聚光束裝置及樣品臺，通過平行主軸方向微移動聚焦透鏡，透鏡焦距為1mm-500mm，在焦點及其附近相交，實現空間與時間上的相干，產生多周期的干涉條；或通過垂直主軸方向微移動聚焦透鏡，透鏡焦距為1mm-500mm，在焦點及其附近相交，實現空間與時間上的相干，產生雙周期的干涉條紋；然后通過改變棱鏡、反射鏡的角度，使匯聚的N束光的入射角按預先設計進行搭配，可形成具有多周期的微結構；3)把制備好的光敏性材料樣品，安置在本發明的系統中已調節好的匯聚光路前方的樣品臺上使相干后的激光作用于光敏性材料的薄膜上，其激光作用的強度為1mW-10W，曝光時間為0.0001秒-30分鐘；4)獲得多重周期性微結構的光敏性材料，還可以根據需要通過后處理過程進一步制備立體結構將步驟3)所得到的經過多光束干涉作用后的光敏材料薄膜，經洗滌、加熱分解、燒蝕、顯影工藝，根據材料的種類選擇響應的工藝條件；將未與光進行相互作用的光敏性材料部分去除以得到負型結構，或將已與光進行了相互作用的光敏性材料部分去除以得到正型結構；采用以上兩種方法控制光學圖案的形狀，并使光與光敏性材料按照所形成的光學圖案、即光學干涉圖案中的光強分布進行相關作用，誘導出具有不同材料特性的多重周期性微結構。
在上述的技術方案中，所述的光敏性材料包括有機光敏材料、或無機光敏材料、或含有金屬離子的光敏材料。
其中有機光敏材料包括常用的其主要成分為丙烯酸酯類、環氧樹脂類為代表的光刻膠，以及其它含有一種或數種可以進行光聚合的單體或低聚物、一種或數種可以引發光聚合的光聚合引發劑、一種或數種可以增加光引發效率的光敏劑等化合物并可以進行光聚合的混合物；也包括含有一種或數種可發生光分解反應的化合物或聚合物或其混合物；也包括含有一種或數種可以與光產生光交聯反應的光交聯劑、一種或數種可以在光交聯劑作用下發生光交聯反應的高分子等化合物的混合物；也包括含有一種或數種可以與光產生光異構化反應的化合物的高分子材料，如在高分子主鏈或側鏈上含有上述基團的高分子材料，或將上述化合物攙雜到高分子材料中而得到的材料。
在上述的技術方案中，所述的無機光敏材料包括可發生光聚合反應的無機材料、可發生光分解反應的無機材料、含有可發生光交聯反應分子的無機材料、含有可發生光還原反應分子的無機材料、含有可發生光氧化反應分子的無機材料。
利用本發明所述的技術制備的多重周期性微結構可被作為模板使用，用來制備其它具有不同性質，如、不同的光學特性、不同的電子學特性、不同的力學特性等的材料的多重周期性微結構。這些材料包括有機高分子材料、無機陶瓷材料、半導體材料、金屬材料等各種具有力學、光學、電學或其它特性的材料。利用本發明所述的技術制備的多重周期性微結構可被作為模板使用制備此類材料的多重周期性微結構時，各種常用的制備反轉結構的工藝和方法，如、溶膠-凝膠法、電沉積法、燒蝕法、自組裝法、氣相沉積法等制備反轉結構的所有方法均可根據所使用的材料的特性選擇使用。通過反轉結構所獲得的多重周期性微結構可以是原微結構的完全反轉，也可以是通過原微結構所派生出來的、以原微結構為基礎的新的多重周期性微結構。
所制備的這類多重周期性微結構材料可以在光電子領域作為光子晶體以及光子晶體超晶格對光、電磁波等進行調制，也可以作為模板制備其它的多重周期性微結構在其它領域進行應用。
本發明的優越性1.本發明的系統和方法使多束激光在光束間實現空間與時間上的相干，能夠制備出在光敏性材料中誘導出多重周期性微結構的材料。
2.利用本發明的方法可在幾微米到幾毫米的微區上產生多重周期性微結構，微區尺寸可以通過改變入射光束直徑來控制，其制備工藝簡單、時間短、效率高。
3.本發明所述方法可以通過選擇準直透鏡3及匯聚透鏡5的焦距進行調節，而制備出周期大小與結構不同的材料，或者其周期尺寸可以通過改變四束會聚光的入射角進行調節，其小周期范圍為100nm到幾十微米，大周期范圍為幾百納米到幾百微米；因此該方法實現了周期大小與結構可控，并且重復性好。
4.本發明的方法所制備的多重周期性微結構及其反轉結構可以滿足微電子、高密度信息存儲、微納米尺度光電子器件以及微光學等領域的需要。
5.本發明的系統結構簡單，易于實現，適于工業化生產。
圖1為本發明的制備多重周期性微結構的系統示意2為本發明的制備多重周期性微結構的系統一種光路實施方式示意3為本發明的制備多重周期性微結構的系統另一種光路實施方式示意4a為對應圖2的系統中，通過調節聚焦透鏡和樣品臺控制光學干涉圖案的方法之一的示意4b為對應圖3的系統中，通過調節聚焦透鏡和樣品臺控制光學干涉圖案的方法之二的示意5是使用圖2的系統，控制聚焦透鏡5達到控制光學干涉圖案，所獲得的微結構的總體掃描電子顯微鏡照片圖6為圖5中的細微結構圖的掃描電子顯微鏡照片圖7是使用圖2的系統，控制聚焦透鏡5控制光學干涉圖案的方式之二，所獲得的微結構的總體掃描電子顯微鏡照片。
圖面說明1、激光器； 2、分光束裝置； 3、匯聚光束裝置；4、樣品臺； 5、由計算機控制的三維微系統；20、衍射分束器； 6、準直透鏡； 7、屏蔽器； 8、聚焦透鏡；9、第一分光棱鏡； 10、第一反射鏡；11、第二反射鏡；12、第三反射鏡； 13、第二分光棱鏡； 14、第四反射鏡；15、第五反射鏡； 16、第六反射鏡；17、第七反射鏡；
18、第三分光棱鏡；具體實施方式
實施例1，參考圖2、圖4a，在商品名為SCR500的光刻膠上制備出呈雙曲線型的微結構多重周期性微結構，以下結合附圖和實施例對本發明的系統，以及在該系統上進行制備的具體步驟進行詳細地說明該系統包括激光器1選用Nd:YAG激光器，該激光器1的三倍頻355nm，脈沖寬度為8ns，脈沖重復頻率為10Hz，光束直徑為6.4mm；在激光器1輸出光的光路上設置一塊用SiO2材料制作的光衍射分束器2，將激光分成9束，在其后輸出光路上設置一用BK7玻璃制作的準直透鏡6，該準直透鏡6的焦距為100mm，此9束光經準直透鏡6后變成平行光束；在準直透鏡6后的平行激光光路上設置一塊多針孔光闌屏蔽器7；在本例中共制4個相互對稱的圓孔作為多針孔光闌屏蔽器7，在多針孔光闌屏蔽器7選取其中對稱的四束光通過，此四束光的總平均功率為1mW，在該四束平行光的前方安置一塊焦距為35mm的、用BK7玻璃制作的聚焦透鏡8，和樣品臺4；聚焦透鏡8及樣品臺均安裝在三維移動平臺5上(光學實驗室使用的三維移動平臺或其它市場上買到的都可以)，并由計算機操縱三維移動平臺5的運動，通過平行主軸方向微移動聚焦透鏡8(如圖4a所示)，經過調節由計算機操縱的三維微移動系統5使這些相干光束在聚焦透鏡8的后面相交，實現在時間和空間上的相干，形成多重周期結構的干涉條紋，它作用于放置在樣品臺4的光敏性材料上，通過曝光在光敏性材料中獲得多重周期性微結構。
在上述的系統中進行制備的具體步驟選用光敏材料4為涂在玻璃片上面的一層商品名稱SCR500光刻膠，其厚度為5um的薄膜；Nd:YAG激光器1的三倍頻355nm，脈沖寬度為8ns，脈沖重復頻率為10Hz，光束直徑為6.4mm，首先打開Nd:YAG激光器1，將激光器產生的一束激光經光衍射分束器，分為9束；中心的一束光占據了大部分能量，其余8束光的能量以1∶1的比例分配；此9束光經焦距為100mm的準直透鏡6后變成平行光束；該經準直透鏡6后的平行激光經過屏蔽器7，其中對稱的四束光輸出，此四束光的總平均功率為1mW，在該四束平行光經過聚焦透鏡8，聚焦透鏡8及樣品臺由計算機操縱的三維移動平臺5控制，通過平行主軸方向微移動聚焦透鏡8(如圖4a所示)，四束光與主軸的夾角同為6°，調節每一束光的焦點與樣品臺的間距為5mm，將四束光聚焦到作為樣品的光敏材料的薄膜4上，光斑直徑為2mm，光敏材料為涂在玻璃片上面的一層厚度為5um的SCR500薄膜，曝光時間10秒種后，將玻璃片用乙醇清洗，清洗過后可觀察到光敏材料中呈雙曲線型的微結構如圖5所示，其內部多重周期性微結構如圖6所示，內部小周期約4um。
實施例2參考圖2、圖4b，制作一在SCR500光敏材料中制備出2重周期性微結構的系統，以及在該系統上進行制備的具體步驟，以下結合附圖和實施例進行詳細地說明本實施例的系統包括選用He-Cd激光器1，其He-Cd激光器1的波長為325nm.光束直徑為1.6mm的連續激光光束，經衍射光分束器將光束分成9束，中心的一束光占據了大部分能量。其余8束光的能量以1∶1的比例分配，此9束光經焦距為100mm的準直透鏡6后變成平行光束；在準直透鏡6后的平行激光光路上設置一塊屏蔽器7，該屏蔽器7為在紙板的對應光傳輸位置處，制成一個與光斑同樣大的圓孔讓光通過，在本例中共制4個相互對稱的圓孔作為屏蔽器7，選取其中對稱的四束光，此四束光的總平均功率為10mW，在該四束平行光的前方安置一塊聚焦透鏡8，該聚焦透鏡8的焦距為60mm，準直透鏡6及聚焦透鏡8的材料都為BK7玻璃，聚焦透鏡8及樣品臺安裝在由計算機操縱的三維移動平臺上，并受其計算機控制，通過垂直主軸方向微移動透鏡5(如圖4b所示)，使四光束與主軸的夾角分別為a1＝2.6°，a2＝3°，a3＝3.6°，a4＝3°，將四束光聚焦到作為樣品的光敏材料的薄膜上，光斑直徑為1.6mm，光敏材料為涂在玻璃片上面的一層厚度為3um的SCR500光刻膠薄膜，曝光時間30秒種后，將玻璃片用乙醇清洗，清洗過后可觀察到光敏材料中呈雙周期的微結構如圖7所示，經掃描電子顯微鏡觀察其小周期為約5um，大周期約為28um。
實施例3參考圖3、制作一在石英玻璃中制備出2重周期性微結構的系統，以及在該系統上進行制備的具體步驟，以下結合實施例進行詳細地說明本實施例的系統包括選用脈沖寬度為120fs的，脈沖重復頻率為5Hz，脈沖能量為80μJ，光束直徑為6.4mm的超短脈沖激光器1，激光光束經第一分光棱鏡9后光束以1∶1的比例分成2束平行光，此兩束光分別經第一反射鏡10、第二反射鏡11、第三反射鏡12與第二分光棱鏡13的組合及第四反射鏡14、第五反射鏡15、第六反射鏡16、第七反射鏡17與第三分光棱鏡18的組合，這些反射鏡和分光棱鏡，及樣品臺都安裝在由計算機操縱的三維移動平臺上；他們受計算機操縱的三維移動平臺控制，最后控制四光束從第二反射鏡11、第三反射鏡12、第六反射鏡16、第七反射鏡17出來的光匯聚于石英玻璃4上，該四光束與樣品臺主軸的夾角分別為a1＝6°，a2＝6°，a3＝4.5°，a4＝4.5°，四束光匯聚后的光斑直徑約6mm，這樣在石英表面可觀察到雙周期的微結構，其小周期為約7.5um，大周期約為30um。
實施例4參考圖2、圖4b，制作一在含有金屬離子的光敏材料中制備出2重周期性微結構的系統。選用一波長為325nm的He-Cd激光器1，該He-Cd激光器1的光束直徑為1.6mm的連續激光光束，經衍射光分束器20將光束分成9束，中心的一束光占據了大部分能量。其余8束光的能量以1∶1的比例分配，此9束光經焦距為100mm的準直透鏡6后變成平行光束。在準直透鏡6后的平行激光光路上設置一塊屏蔽器7，該屏蔽器7為在紙板的對應光傳輸位置處，制成一個與光斑同樣大的圓孔讓光通過，在本例中共制4個相互對稱的圓孔作為屏蔽器7，選取其中對稱的四束光，此四束光的總平均功率為10mW，在該四束平行光的前方安置一塊聚焦透鏡8，該聚焦透鏡8的焦距為60mm，準直透鏡6及聚焦透鏡8的材料都為BK7玻璃，聚焦透鏡8及樣品臺由計算機操縱的三維移動平臺控制，通過垂直主軸方向微移動聚焦透鏡8(如圖4_b所示)，使四光束與主軸的夾角分別為a1＝2.6°，a2＝3°，a3＝3.6°，a4＝3°，將四束光聚焦到作為樣品的含有金屬離子的光敏材料的薄膜上，光斑直徑為1.6mm。含有金屬離子的光敏材料為4克聚乙烯醇和0.5克硝酸銀溶解到20毫升水里而得到的水溶液，將此水溶液通過旋涂在玻璃片上面獲得的一層厚度為3um薄膜。曝光時間30秒種后，可觀察到在聚乙烯醇高分子薄膜中由被光還原的銀納米粒子形成的雙周期的微結構，其小周期為約5um，大周期約為28um。
權利要求
1.一種用激光在光敏性材料中制有多重周期微結構的系統，包括激光器(1)、分光束裝置(2)、其特征在于還包括計算機操縱的三維微移動系統(5)，和在該系統上安置的匯聚光束裝置(3)和樣品臺(4)、其中在激光器(1)輸出光路上依次設置分光束裝置(2)、匯聚光束裝置(3)和樣品臺(4)；激光器(1)產生的激光經分光束裝置(2)分成N束相干光后到達匯聚光束裝置(3)，調節由計算機操縱的三維微移動系統(5)使這些相干光束在匯聚光束裝置(3)的后面相交，實現在時間和空間上的相干，形成多重周期結構的干涉條紋作用于放置在樣品臺(4)的光敏性材料上。
2.按權利要求1所述的用激光在光敏性材料中制有多重周期微結構的系統，其特征在于所述的激光器(1)包括連續激光器或脈沖激光器；脈沖寬度從納秒到飛秒范圍；波長范圍為深紫外155nm到近紅外1064nm波長范圍。
3.按權利要求1所述的用激光在光敏性材料中制有多重周期微結構的系統，其特征在于所述的分光束裝置(2)包括光衍射分束器(6)與屏蔽器(7)組合；或采用3塊分光棱鏡與反射鏡的組合。
4.按權利要求1所述的用激光在光敏性材料中制有多重周期微結構的系統，其特征在于所述的匯聚光束裝置(3)為一個聚焦透鏡，透鏡的焦距為1mm-500mm。
5.按權利要求1所述的用激光在光敏性材料中制有多重周期微結構的系統，其特征在于所述的匯聚光束裝置(3)為4個反射鏡，通過4個反射鏡可使四束光匯聚于光敏材料上，實現時間與空間上的相干，相干區域的光斑面積為0.1mm-1cm。
6.一種應用權利要求1所述的系統進行在光敏性材料中制有多重周期微結構的方法，其特征在于，包括如下步驟1)選用波長與光敏性材料可發生作用的激光器做光源，將激光器的輸出平均功率調整在1mw-10W范圍內，激光器產生的一束激光經分光束裝置分成加工多周期結構所需要的N束；2)利用計算機操縱的三維微移動系統調節匯聚光束裝置及樣品臺，通過平行主軸方向微移動聚焦透鏡，透鏡焦距為1mm-500mm，在焦點及其附近相交，實現空間與時間上的相干，產生多周期的干涉條；或通過垂直主軸方向微移動聚焦透鏡，透鏡焦距為1mm-500mm，在焦點及其附近相交，實現空間與時間上的相干，產生雙周期的干涉條紋；然后通過改變棱鏡、反射鏡的角度，使匯聚的N束光的入射角按預先設計進行搭配，可形成具有多周期的微結構；3)把制備好的光敏性材料樣品，安置在本發明的系統中已調節好的匯聚光路前方的樣品臺上使相干后的激光作用于光敏性材料的薄膜上，其激光作用的強度為1mW-10W，曝光時間為0.0001秒-30分鐘；4)獲得多重周期性微結構的光敏性材料，還可以根據需要通過后處理過程進一步制備立體結構將步驟3)所得到的經過多光束干涉作用后的光敏材料薄膜，經洗滌、加熱分解、燒蝕、顯影工藝，將未與光進行相互作用的光敏性材料部分去除以得到負型結構，或將已與光進行了相互作用的光敏性材料部分去除以得到正型結構；采用以上兩種方法控制光學圖案的形狀，并使光與光敏性材料按照所形成的光學圖案、即光學干涉圖案中的光強分布進行相關作用，誘導出具有不同材料特性的多重周期性微結構。
7.按權利要求6所述的用激光在光敏性材料中制有多重周期微結構的方法，其特征在于所述的光敏性材料(4)盛放在一透明容器內，或者在石英、玻璃、陶瓷、金屬、聚合物或硅基體上附著一層光敏性材料薄膜。
8.根據權利要求6所述的用激光在光敏性材料中制有多重周期微結構的方法，其特征在于所述的光敏性材料，包括有機光敏材料、無機光敏材料、含有金屬離子的光敏材料本體或制作的薄膜。
9.根據權利要求8所述的用激光在光敏性材料中制有多重周期微結構的方法，其特征在于所述的有機光敏材料包括可發生光聚合反應的有機材料、可發生光分解反應的有機材料、含有可發生生光交聯反應分子的有機材料、含有可發生光異構化反應分子的有機材料。
10.根據權利要求8所述的利用激光在光敏性材料中制備具有多重周期性微結構的方法，其特征在于所述的無機光敏材料包括可發生光聚合反應的無機材料、可發生光分解反應的無機材料、含有可發生光交聯反應分子的無機材料、含有可發生光還原反應分子的無機材料、含有可發生光氧化反應分子的無機材料。
11.根據權利要求8所述的利用激光在光敏性材料中制備具有多重周期性微結構的方法，其特征在于所述的含有金屬離子的光敏材料包括含有可發生光還原反應的金屬離子的無機材料、含有可發生光還原反應的金屬離子的有機材料、含有可發生光氧化反應分子的無機材料\含有可發生光氧化反應分子的有機材料。
全文摘要
本發明涉及一種激光在光敏性材料中加工多重周期性微結構系統和方法。在激光器輸出光路上依次設置分光束裝置、匯聚光束裝置和樣品臺；激光器1產生的激光經分光束裝置分成N束相干光后到達匯聚光束裝置，調節由計算機操縱的三維微移動系統使這些相干光束在匯聚光束裝置的后面相交，實現在時間和空間上的相干，形成多重周期結構的干涉條紋作用于放置在樣品臺的光敏性材料上，通過曝光在光敏性材料中獲得多重周期性微結構。該系統結構簡單、易于實現工業化；本發明的方法制備工藝簡單、時間短、效率高，以及該方法可實現對周期大小和結構花樣任意調節，重復性好。
文檔編號B23K26/06GK1796039SQ20041010354
公開日2006年7月5日 申請日期2004年12月29日 優先權日2004年12月29日
發明者段宣明, 董賢子 申請人:中國科學院理化技術研究所