專利名稱：一種自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納光子器件制備控制工程領(lǐng)域，是一種基于空間光調(diào)制器的自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在微納光子器件制備技術(shù)中，空間域光場合成技術(shù)的一種重要應(yīng)用是通過多光束干涉，使得光場強度分布的空間分辨率達到微米與亞微米量級，并使用光敏材料記錄所建立的光場分布，這種應(yīng)用技術(shù)被稱為全息印刷制備技術(shù)。它被廣泛應(yīng)用于布拉格反射鏡、光子晶體與集成光子器件的制備。我國的多個科研院所與大專院校在全息印刷制備的理論與實驗研究方面也取得了一些優(yōu)異成果。
目前，微納光子器件制備方法主要有以下幾類(l)化學(xué)自組織生長法，(2)
逐點微加工法、(3)光學(xué)全息印刷術(shù)與(4)多步驟組合法。這些方法各有優(yōu)缺
點，化學(xué)自組織生長法能夠制作大面積均勻的微納結(jié)構(gòu)，制作費用低，但一般只可以制作結(jié)構(gòu)簡單的光子晶體，而不能精確制作各種不同功能和結(jié)構(gòu)的微納光子器件。逐點微加工法包括電子束刻蝕，離子束刻蝕，雙光子吸收光刻與激光直寫等技術(shù)，該方法可以精確制作各種三維微納結(jié)構(gòu)，但是制作費用高，制作周期長，而且很難制作大面積的材料。光學(xué)全息印刷術(shù)具有無缺陷，大體積，成本低，效率高，品質(zhì)好的優(yōu)點，卻僅僅局限于簡單的周期微納結(jié)構(gòu)的材料制備。隨著加工步驟的不斷增多，加工成本更高，精確度也隨之下降。對于意義更為重大的功能性微納光子器件的制備，當(dāng)前尚無簡單實用的制備方法。如果能夠結(jié)合空間復(fù)雜光場的合成技術(shù)，將光場合成模塊化，建立常規(guī)的周期模塊和特殊的缺陷模塊，并很好的對兩個模塊進行重疊組合，可望將光學(xué)全息印刷制備技術(shù)擴展其制備功能性光子晶體的能力。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種效率高且易于操作的自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)，其包括光學(xué)系統(tǒng)及計算機反饋控制系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)用于將多束平行相干光經(jīng)過一液晶空間光調(diào)制器后匯聚干涉，并將干涉光傳輸給計算機反饋控制系統(tǒng)，該計算機反饋控制系統(tǒng)用于采集干涉光場分布圖，并產(chǎn)生目標(biāo)光場分布圖與收集到的干涉光場分布圖進行運算比較，根據(jù)運算比較結(jié)果反饋控制液晶空間光調(diào)制器的液晶電壓。
該計算機反饋控制系統(tǒng)通過直接二元搜索算法、模擬退火算法或遺傳算法運算目標(biāo)光場分布圖與干涉光場分布圖的比較結(jié)果，并反饋控制在液晶電壓上。
該光學(xué)系統(tǒng)包括探測光源、小孔光闌及掩膜板，該探測光源發(fā)射出一束探測光，經(jīng)過小孔光闌后擴束，再經(jīng)過掩膜板后變?yōu)槎嗍叫邢喔晒狻?br> 該小孔光闌包括并排的兩個凸透鏡及設(shè)于兩個凸透鏡之間的針孔。
多束平行相干光經(jīng)過液晶空間光調(diào)制器后通過一凸透鏡匯聚干涉。該探測光源為Ne-He探測光。
該計算機反饋控制系統(tǒng)包括用于采集干涉光并形成干涉光場分布圖的CMOS或CCD及產(chǎn)生目標(biāo)光場分布圖、將目標(biāo)光場分布圖與干涉光場分布圖進行運算比較的計算機系統(tǒng)。
該系統(tǒng)還包括激光調(diào)制層，由光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的多束平行相干光經(jīng)過液晶空間光調(diào)制器后匯聚干涉，干涉光經(jīng)過激光調(diào)制層并在其上調(diào)制出光場分布的物質(zhì)分布結(jié)構(gòu)，該光學(xué)系統(tǒng)還通過一探測光源向激光調(diào)制層發(fā)出探測光并經(jīng)過物質(zhì)分布結(jié)構(gòu)調(diào)制后形成衍射光，并由計算機反饋控制系統(tǒng)采集后與目標(biāo)光場分布圖進行運算比較，將比較結(jié)果反饋控制在液晶電壓上，調(diào)整激光調(diào)制層光場分布的物質(zhì)分布結(jié)構(gòu)。
該光學(xué)系統(tǒng)包括Ar+激光源、小孔光闌及掩膜板，該Ar+激光源發(fā)射出一束激光，經(jīng)過小孔光闌后擴束，再經(jīng)過掩膜板后變?yōu)槎嗍叫邢喔晒?，該探測光源
5為Ne-He探測光。該激光調(diào)制層為光折變材料層或激光增益材料層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明利用控制算法對液晶空間光調(diào)制器進行實時反饋控制，合成出特定的目標(biāo)光場分布，相比較現(xiàn)有技術(shù)的控制方法，本發(fā)明效率更高且易于操作，可應(yīng)用于微納光子器件的設(shè)計，提高樣品的制作速度，以及制備具有新型功能的微納光電子器件。


圖l為本發(fā)明自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖2為本發(fā)明自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)的應(yīng)用的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的核心問題，就是合成微納光子器件制備所需的空間光強分布，以便后續(xù)在光敏材料中記錄這種空間圖案，并通過后續(xù)工藝，精確而快速地制備功能性微納光子器件。
本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)，如圖1所示，其包括光學(xué)系統(tǒng)及計算機反饋控制系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)用于將多束平行相干光經(jīng)過一液晶空
間光調(diào)制器5后匯聚干涉，并將干涉光傳輸給計算機反饋控制系統(tǒng)，該計算機反饋控制系統(tǒng)用于采集干涉光場分布圖，并產(chǎn)生目標(biāo)光場分布圖與收集到的干涉光場分布圖進行運算比較，根據(jù)運算比較結(jié)果反饋控制液晶空間光調(diào)制器5的液晶電壓。
該計算機反饋控制系統(tǒng)通過直接二元搜索算法、模擬退火算法或遺傳算法運算目標(biāo)光場分布圖與干涉光場分布圖的比較結(jié)果，并反饋控制在液晶電壓上。該光學(xué)系統(tǒng)包括探測光源、小孔光闌及掩膜板4,該探測光源發(fā)射出一束探測光，經(jīng)過小孔光闌后擴束，再經(jīng)過掩膜板4后變?yōu)槎嗍叫邢嗲Ч狻?br> 該小孔光闌包括并排的兩個凸透鏡1、 3及設(shè)于兩個凸透鏡1、 3之間的針孔4。該探測光源為Ne-He探測光源。
該計算機反饋控制系統(tǒng)包括用于采集干涉光并形成干涉光場分布圖的CMOS或CCD及產(chǎn)生目標(biāo)光場分布圖、將目標(biāo)光場分布圖與干涉光場分布圖進行運算比較的計算機系統(tǒng)。
本發(fā)明還提供了一種所述自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)的應(yīng)用，如圖2所示，該系統(tǒng)還包括激光調(diào)制層，由光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的多束平行相干光經(jīng)過液晶空間光調(diào)制器后匯聚干涉，干涉光經(jīng)過激光調(diào)制層并在其上調(diào)制出光場分布的物質(zhì)分布結(jié)構(gòu)，該光學(xué)系統(tǒng)還通過一探測光源向激光調(diào)制層發(fā)出探測光并經(jīng)過物質(zhì)分布結(jié)構(gòu)調(diào)制后形成衍射光，并由計算機反饋控制系統(tǒng)采集后與目標(biāo)光場分布圖進行運算比較，將比較結(jié)果反饋控制在液晶電壓上，調(diào)整激光調(diào)制層光場分布的物質(zhì)分布結(jié)構(gòu)。
該光學(xué)系統(tǒng)包括Ar+激光源、小孔光闌及掩膜板，該Ar+激光源發(fā)射出一束激光，經(jīng)過小孔光闌后擴束，再經(jīng)過掩膜板后變?yōu)槎嗍叫邢喔晒猓撎綔y光源為Ne-He探測光。該激光調(diào)制層為光折變材料層或激光增益材料層。
圖2中Ar+激光的功率比較大，是激光調(diào)制層的激發(fā)光，激光調(diào)制層放在入1^+激光的焦點處，激光調(diào)制層就會被激光光調(diào)制出光場分布的物質(zhì)結(jié)構(gòu)分布，而Ne-He光是探測光，功率比較小，它經(jīng)過激光調(diào)制層后對其結(jié)構(gòu)分布沒有影響，但是，Ne-He探測光會受激光調(diào)制層的結(jié)構(gòu)分布調(diào)制，經(jīng)過激光調(diào)制層后會發(fā)生衍射，CCD/CM0S探測的是這些衍射光。通過測量衍射光，再優(yōu)化控制，直到得到最佳的激光調(diào)制層的結(jié)構(gòu)分布。
本發(fā)明在我們原有在一維和二維功能性光子晶體研究基礎(chǔ)上，采用閉環(huán)回路的自適應(yīng)控制合成技術(shù)，實驗空間光場的"直接"合成。本發(fā)明可以應(yīng)用于光子晶體制備的自適應(yīng)制備上，先計算好干涉光源的每束光的強度偏振和入射角度情況，然后實驗制備后再驗證所制備的器件是否達到要求。由于計算和實驗過程中涉及的光相位，偏振，強度，以及樣品的折射率，曝光時間，顯影，定影和烘烤等等參數(shù)的微小區(qū)別都會造成所制備的器件不合格。采用本發(fā)明的自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)，在形成空間光場的微納結(jié)構(gòu)分布的同時，加上光折變材料，激光增益材料等，可以調(diào)制出光場分布的物質(zhì)結(jié)構(gòu)分布，從而通過測量所需的相應(yīng)信息，如定向衍射光，輸出光等，再優(yōu)化該信息，得到最佳的結(jié)構(gòu)分布，再可以推導(dǎo)出實驗所有的參數(shù)信息，以用于大規(guī)模生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1、一種自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)，其特征在于包括光學(xué)系統(tǒng)及計算機反饋控制系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)用于將多束平行相干光經(jīng)過一液晶空間光調(diào)制器后匯聚干涉，并將干涉光傳輸給計算機反饋控制系統(tǒng)，該計算機反饋控制系統(tǒng)用于采集干涉光場分布圖，并產(chǎn)生目標(biāo)光場分布圖與收集到的干涉光場分布圖進行運算比較，根據(jù)運算比較結(jié)果反饋控制液晶空間光調(diào)制器的液晶電壓。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)，其特征在于該計算機反饋控制系統(tǒng)通過直接二元搜索算法、模擬退火算法或遺傳算法運算目標(biāo)光場分布圖與干涉光場分布圖的比較結(jié)果，并反饋控制在液晶電壓上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)，其特征在于該光學(xué)系統(tǒng)包括探測光源、小孔光闌及掩膜板，該探測光源發(fā)射出一束探測光，經(jīng)過小孔光闌后擴束，再經(jīng)過掩膜板后變?yōu)槎嗍叫邢喔晒狻?br> 4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)，其特征在于該小孔光闌包括并排的兩個凸透鏡及設(shè)于兩個凸透鏡之間的針孔。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)，其特征在于多束平行相干光經(jīng)過液晶空間光調(diào)制器后通過一凸透鏡匯聚干涉。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述的自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)，其特征在于該探測光源為Ne-He探測光。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)，其特征在于該計算機反饋控制系統(tǒng)包括用于采集干涉光并形成干涉光場分布圖的CMOS或CCD及產(chǎn)生目標(biāo)光場分布圖、將目標(biāo)光場分布圖與干涉光場分布圖進行運算比較的計算機系統(tǒng)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于該系統(tǒng)還包括激光調(diào)制層，由光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的多束平行相干光經(jīng)過液晶空間光調(diào)制器后匯聚干涉，干涉光經(jīng)過激光調(diào)制層并在其上調(diào)制出光場分布的物質(zhì)分布結(jié)構(gòu)，該光學(xué)系統(tǒng)還通過一探測光源向激光調(diào)制層發(fā)出探測光并經(jīng)過物質(zhì)分布結(jié)構(gòu)調(diào)制后形成衍射光，并由計算機反饋控制系統(tǒng)采集后與目標(biāo)光場分布圖進行運算比較，將比較結(jié)果反饋控制在液晶電壓上，調(diào)整激光調(diào)制層光場分布的物質(zhì)分布結(jié)構(gòu)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于該光學(xué)系統(tǒng)包括Ar+激光源、小孔光闌及掩膜板，該Ar—激光源發(fā)射出一束激光，經(jīng)過小孔光闌后擴束，再經(jīng)過掩膜板后變?yōu)槎嗍叫邢喔晒?，該探測光源為Ne-He探測光。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)的應(yīng)用，其特征在于該激光調(diào)制層為光折變材料層或激光增益材料層。
全文摘要
本發(fā)明屬于微納光子器件制備控制工程領(lǐng)域，涉及一種自適應(yīng)的空間光場合成系統(tǒng)，其包括光學(xué)系統(tǒng)及計算機反饋控制系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)用于將多束平行相干光經(jīng)過一液晶空間光調(diào)制器后匯聚干涉，并將干涉光傳輸給計算機反饋控制系統(tǒng)，該計算機反饋控制系統(tǒng)用于采集干涉光場分布圖，并產(chǎn)生目標(biāo)光場分布圖與收集到的干涉光場分布圖進行運算比較，根據(jù)運算比較結(jié)果反饋控制液晶空間光調(diào)制器的液晶電壓。本發(fā)明制作效率高且易于操作。
文檔編號G02F1/21GK101566740SQ20091003973
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者關(guān)燁鋒, 周建英, 謝向生 申請人:中山大學(xué)