适用于加工多光子可固化光反应性组合物的光学系统技术方案

本发明专利技术涉及一种光学系统，所述光学系统包括能够产生多个具有 基本相等的能量和基本相等的光学路径长度的激光细光束的分束器装 置。在一种应用中，所述光学系统的所述细光束可以导向到多光子可 固化光反应性树脂，来并行制造多个基本相等尺寸的体素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光学系统，更具体地讲，本专利技术涉及一种适于用 在使用可光致固化材料的制造方法中的光学系统。
技术介绍
在一些多光子固化方法中，例如以全文引用方式并入本文的美国专利No.6,855,478中所述的方法，包括多光子可固化光反应性组合物 的材料层被涂敷到基底(如，硅晶片)上，然后使用如激光束之类的 辐射能聚焦源对其选择性地固化。多光子固化技术可以用于制造二维 和/或三维(3D)的微结构和纳米结构。在一种制造技术中，当近红外光(NIR)辐射脉冲激光束聚焦到工程 光聚树脂上时，会形成体素。树脂内的非线性相互作用过程将部分该 NIR辐射转化为较短的波长，从而使该激光束焦点附近的树脂固化， 其中NIR辐射的两个光子基本上被同时吸收。这种树脂固化可以称为 光聚合，并且这种方法可以称为双光子光聚合方法。这种树脂 的光聚合不会在那些暴露于强度不足的NIR辐射部分的树脂区域发 生，因为树脂在那些区域不吸收NIR辐射。可以通过控制激光束焦点在三维(即x轴、y轴和z轴方向)上相 对于树脂的位置，而使用多光子光聚合方法一个体素一个体素地构造 3D结构。
技术实现思路
本文所述的光学系统将多个细光束导向到图像平面上，其中每个 细光束可以在该图像平面的单个子域中被扫描。可以将该光学系统结合应用在多光子光聚合方法中，来并行制造多个可用于商业应用的二 维(2D)和/或三维(3D)结构。具体地讲，可以将多个细光束导向到多光 子可固化光反应型树脂层上，来并行制造多个尺寸基本相同的体素。 这样，该光学系统就可用于使多光子制造方法的产量提高与阵列中细 光束个数(例如，几十、几百或几千)大致相等的系数。该光学系统 采用了一个分束器装置，分束器装置能够从一个或多个入射光束生成 多个细光束，其中这些细光束具有基本相等的能量(即强度)，并且还 可具有基本相等的脉冲宽度。在一个实施例中，通过反复分离入射光 束来形成细光束。本专利技术的光学系统还可以包括其他光学部件，例如 多个用于精确扫描光敏树脂层内的细光束的导引反射镜。在一个实施例中，本专利技术涉及一种制造系统，其包括光源，用 于提供近红外光束；分束器系统，用于将光束至少分离成第一细光束 和第二细光束；多光子可固化光反应性组合物层；以及物镜，其限定 该层视场；该视场至少包括第一子域和第二子域。第一和第二细光束 具有基本相等的能量。由物镜所限定的视场的第一子域限定第一细光 束的第一扫描区域，并且第二子域限定第二细光束的第二扫描区域。在另一个实施例中，本专利技术涉及一种光学系统，其包括光源， 用于提供光束；分束器系统，用于将光束分离成至少(2-l)个细光束， 这些细光束包含基本相等的能量以及在一些实施例中，基本相等的光 学路径长度)；以及物镜，其限定图像平面的视场，该视场包括多个 子域，其中所述多个子域中的至少一个限定至少一个所述细光束的扫 描区域。所述分束器包括分束器以及与该分束器光学接触的(2n-2)个棱 镜°在又一个实施例中，本专利技术涉及一种方法，包括提供其上具有 包括多光子可固化光反应性组合物的层的基底，通过光学系统将具有 基本相等能量的至少两个细光束施加到该层上。该光学系统包括分束 器装置，该分束器装置包括用于将光束分离成至少两个能量基本相等的细光束的分束器系统，以及用于在该层单个子域内扫描细光束中的 每束的细光束扫描系统。该方法还包括使用细光束选择性地固化所述 层在每个子域内的区域。在附图和下文的说明中示出了本专利技术的一个或多个实施例的细 节。本专利技术的其他特征、目的和优点从说明书、附图及权利要求书中 将显而易见。附图说明图1A为根据本专利技术的一个实施例的光学系统的框图。 图1B为一个光学系统的示意图，该光学系统是图1A所示光学系 统的一个实施例。图2为一个微透镜阵列的示意性剖视图，该阵列可以结合到图1B 的光学系统中。图3A示出图1B中光学系统的聚焦透镜的视场的示意图，其中该 视场位于基本平行于图像平面的x-y平面的x-y平面上。图3B示出图3A中视场的示意图，其中视场和子域发生位移。图3C示出聚焦透镜的视场的另一个实施例。图3D为示出多个细光束在树脂层内的焦点强度与由对应细光束 所形成的体素尺寸之间关系的坐标图。图3E为示出聚焦到树脂层的多个细光束的示意性剖视图。图4为可以结合到图1A的光学系统中的分束器装置的一个实施例 的透视图。图5A为结合了图1B中的分束器装置的分束器系统的一个实施例 的示意图。图5B为图4和图5A中分束器装置的示意性剖视图，其中入射光 束穿过该分束器装置传播。图6为可以结合到图1A的光学系统中的分束器装置的另一个实施 例的透视图。图7A为结合了图6中的分束器装置的分束器系统的另一个实施例的示意图。图7B为图6和图7A中分束器装置的示意性剖视图，其中入射光 束穿过分束器装置传播。具体实施方式图1A为根据本专利技术的一个实施例的光学系统1的框图，该系统包 括光束源2、分束器4、细光束定位系统6、物镜8和工件10。光束源 2产生光束，例如平行或会聚的激光束等，分束器4将该光束分离成多 个具有基本相等能量(即强度)和基本相等脉冲宽度的细光束。可以 形成偶数或奇数个细光束，并且分束器4可以将入射激光束分离成任 意适当数量的细光束，例如几十个、几百个或几千个细光束。细光 束通常指通过分离另一个光束所形成的激光束。在一个实施例中， 细光束是通过反复分离入射光束来形成的。可以结合到光学系统1中 的合适分束器实例在下文以及No.ll/531870 ( 3M代理人案巻号 62110US002)的美国专利申请中进行描述，该专利申请与本公开同日 提交，其全文并入本文。细光束定位系统6可根据光学系统1的具体构造以及所期望的细 光束传播方向，沿x轴、y轴和/或z轴方向扫描来自分束器4的细光 束。如下面参照图1B所描述的，细光束定位系统6还可以包括诸如多 个用于精确引导由分束器4所形成的细光束的倾斜角度的导引反射镜 等光学元件。细光束定位系统6还可以用物镜8，在一个实施例中，通 过物镜8的光瞳来聚焦/对准细光束。光学系统1可以用于在光学制造方法中实施，例如多光子光聚合 制造方法，在这种情况下，工件IO可以是一层光敏树脂(如，多光子 可固化光反应性组合物)。合适的多光子可固化光反应性组合物实例 在名称为加工多光子可固化光反应性组合物的方法与装置(METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING MULTIPHOTON CURABLE PHOTREACTIVE COMPOSITIONS )的美国专利申请No.60/752，529和美国专利申请No.11/313,482中有所描述，二者全文均 以引用的方式并入本文。当实施到光学制造方法中时，光学系统1的物镜8用于将具有基 本相等能量和光学路径的多个细光束导向到树脂IO的层中，以选择性 地固化树脂10的区域，从而在树脂10的层内制造多个尺寸基本相等 的体素。这样，由于多个细光束可用于并行制造多个结构，无论结构 包括重复图案或非重复图案，光学系统1就可以提高多光子制造方法 的产量，提高的系数大致等于阵列中细光束的数量(例如几百或几千)。 在一个实施例中，这些结构基本上相似，而在另一个实施例中，这些 结构不相似。在又一个实施例中，来自光学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造系统，包括：　光源，用于提供光束；　分束器系统，用于将所述光束分离成至少第一细光束和第二细光束，所述第一细光束和第二细光束具有基本相等的能量；以及　多光子可固化光反应性组合物层；以及　物镜，限定所述层的视场， 所述视场包含至少第一子域和第二子域，其中所述第一子域限定所述第一细光束的第一扫描区域，并且所述第二子域限定所述第二细光束的第二扫描区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.14 US 11/531,8361.一种制造系统，包括光源，用于提供光束；分束器系统，用于将所述光束分离成至少第一细光束和第二细光束，所述第一细光束和第二细光束具有基本相等的能量；以及多光子可固化光反应性组合物层；以及物镜，限定所述层的视场，所述视场包含至少第一子域和第二子域，其中所述第一子域限定所述第一细光束的第一扫描区域，并且所述第二子域限定所述第二细光束的第二扫描区域。2. 根据权利要求l所述的制造系统，还包括微透镜阵列，至少包括用于使所述第一细光束成形的第一微透镜 和用于使所述第二细光束成形的第二微透镜。3. 根据权利要求2所述的制造系统，其中所述第一微透镜与所述 物镜的视场内的所述第一子域光学对准，并且所述第二微透镜与所述 第二子域光学对准。4. 根据权利要求l所述的制造系统，其中所述分束器系统包括 分束器；以及多个棱镜，围绕所述分束器设置并与所述分束器光学接触。5. 根据权利要求4所述的制造系统，其中所述分束器系统的每个 棱镜选自由立方体棱镜、五棱镜和波罗棱镜组成的组。6. 根据权利要求4所述的制造系统，其中所述分束器系统的所述 分束器为立方体分束器。7. 根据权利要求4所述的制造系统，其中所述分束器系统还包括聚焦部分，被构造为使所述第一细光束和第二细光束布置成阵 列，其中所述物镜的第一子域和第二子域以基本相同的阵列布置。8. 根据权利要求l所述的制造系统，其中所述第一细光束和第二 细光束具有基本相等的光学路径长度。9. 根据权利要求l所述的制造系统，还包括细光束扫描系统，用 于在所述第一子域中扫描所述第一细光束和在所述第二子域中扫描所 述第二细光束。10. 根据权利要求9所述的制造系统，其中所述细光束扫描系统 包括检流计扫描仪。11. 根据权利要求9所述的制造系统，其中所述细光束扫描系统设置在所述分束器系统与所述物镜之间。12. 根据权利要求9所述的制造系统，其中所述细光束扫描系统 设置在所述物镜与所述多光子可固化光反应性组合物层之间。13. 根据权利要求9所述的制造系统，其中所述细光束扫描系统包括z轴望远镜，用于调整所述第一细光束和第二细光束中的每束相 对于所述层的Z轴位置；第一导引组件，用于分别在所述第一子域和第二子域内沿X轴方向扫描所述第一细光束和第二细光束中的每束；以及第二导引组件，用于分别在所述第一子域和第二子域内沿y轴方向扫描所述第一细光束和第二细光束中的每束。14. 根据权利要求1所述的制造系统，其中所述光束为激光束。15.根据权利要求l所述的制造系统，还包括 色散补偿系统，用于调整所述光束的脉冲宽度。16. —种光学系统，包括 光源，用于提...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪安·法克里斯，安德鲁·J·默南，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US