本公開的至少一種實施例涉及微納制造，更具體地涉及一種三維周期性結構的制備方法及裝置。

背景技術：

1、飛秒激光雙光子聚合技術是一種極具前景的微納增材制造手段，能夠以極高的精度和分辨率構建任意真三維結構，為眾多前沿微納米應用領域制備功能器件提供支持。但傳統(tǒng)雙光子聚合技術基于單點直寫的加工方式效率較低，在大面積、大批量實用化生產中的應用受到阻礙。因此研究者們提出多種基于分束并行掃描的加工策略，有效提升了雙光子聚合的制造效率。但目前并行加工策略調制的多焦點局限于二維平面內排布，影響三維加工靈活性；焦點數(shù)量與掃描速度有限，加工效率難以進一步提高。

2、若能生成排布在三維空間中的多焦點，就能夠進行多層并行加工，簡化軸向掃描的工作量，獲得效率的進一步提升。相關的全息調制方法雖然能夠生成三維光場或多焦點，但在加工應用上，其調制光場的質量和靈活性較差，難以在聚合物材料中制備高分辨率三維結構。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術中的上述以及其他方面的至少一種技術問題，本公開提供一種三維周期性結構的制備方法及裝置，能夠成功制備出三維周期性結構，提高三維周期性結構的制備效率，提高三維周期性結構的分辨率。

2、根據本公開的一個方面，提供了一種三維周期性結構的制備方法，包括：

3、根據上述三維周期性結構的單個周期結構的尺寸、預設焦點光斑數(shù)量以及預設焦點光斑層數(shù)，獲得目標三維多焦點光斑陣列；

4、根據上述目標三維多焦點光斑陣列，獲得目標三維多焦點光斑光場分布；

5、根據上述目標三維多焦點光斑光場分布，獲得三維多焦點光斑相位分布圖；

6、將上述三維多焦點光斑相位分布圖加載至空間光調制器，以將由激光器輸出的初始脈沖激光束形成的入射光場調制成三維多焦點光斑光場；以及

7、根據上述三維多焦點光斑光場以及用于表示上述三維周期性結構的單個周期結構形狀的預設激光掃描路徑，加工樣品以制備出上述三維周期性結構。

8、根據本公開的實施例，上述根據上述目標三維多焦點光斑光場分布，獲得三維多焦點光斑相位分布圖包括：

9、根據上述初始脈沖激光束的振幅分布和初始隨機相位，獲得初始入瞳面光場；

10、根據上述初始入瞳面光場，獲得上述初始入瞳面光場在k域的第一光場分布；

11、對上述k域的第一光場分布進行三維傅里葉變換，獲得第一聚焦光場分布；

12、將上述第一聚焦光場分布的振幅替換為上述目標三維多焦點光斑光場分布中的振幅分布，獲得第二聚焦光場分布；

13、對上述第二聚焦光場分布進行三維傅里葉變換的逆運算，獲得上述初始入瞳面光場在k域的第二光場分布；

14、根據上述k域的第二光場分布，獲得第一入瞳面光場；

15、保留上述第一入瞳面光場中x方向偏振分量的相位，將上述x方向偏振分量的振幅替換為上述初始脈沖激光束的振幅分布，y方向和z方向偏振分量為0，獲得第二入瞳面光場；

16、將上述第二入瞳面光場作為上述初始入瞳面光場，迭代執(zhí)行用于獲得光場分布的操作、傅里葉變換操作、振幅分布替換操作，以及傅里葉變換的逆運算操作，得到新的入瞳面光場，直到滿足預設迭代條件；

17、根據滿足上述預設迭代條件時當前迭代輪次得到的上述第二入瞳面光場獲得上述三維多焦點光斑相位分布圖；

18、其中，上述預設迭代條件包括當前迭代輪次得到的上述第一聚焦光場分布與上述目標三維多焦點光斑光場分布的振幅的偏差在目標范圍內。

19、根據本公開的實施例，上述根據上述初始入瞳面光場，獲得上述初始入瞳面光場在k域的第一光場分布包括：

20、根據上述初始入瞳面光場，獲得第一變跡面光場分布；以及

21、將上述第一變跡面光場分布映射至愛瓦爾德衍射球面上，獲得上述初始入瞳面光場在k域的第一光場分布。

22、根據本公開的實施例，上述根據上述k域的第二光場分布，獲得第一入瞳面光場包括：

23、將上述k域的第二光場分布中位于有效愛瓦爾德衍射球面上的部分進行逆映射，獲得第二變跡面光場分布；以及

24、根據上述第二變跡面光場分布，獲得上述第一入瞳面光場。

25、根據本公開的實施例，上述第一變跡面光場分布滿足公式（1）：

26、（1），

27、其中，為偏轉矩陣，為上述入瞳面光場，為點對應的球坐標。

28、根據本公開的實施例，上述第一變跡面光場分布映射到上述k域的第一光場分布的幾何關系滿足公式（2）：

29、（2），

30、其中，上述k域的第一光場分布為，、、分別為波矢在三個方向上的投影分量，為點對應的球坐標。

31、根據本公開的實施例，上述將上述第一聚焦光場分布的振幅替換為上述目標三維多焦點光斑光場分布中的振幅分布，獲得第二聚焦光場分布中的第輪迭代操作中第個焦點的權重滿足公式（3）：

32、（3），

33、其中為上述焦點的再現(xiàn)強度，為上述焦點的總數(shù)，為迭代操作的次數(shù)，當為0時，即為第0輪迭代操作，也即初始設定的第k個焦點的權重的值，此時。

34、根據本公開的實施例，上述多個焦點之間的間距與上述三維周期性結構的單個周期結構的尺寸相同。

35、根據本公開的另一方面，提供了一種三維周期性結構的制備裝置，采用上述三維周期性結構的制備方法，上述三維周期性結構的制備裝置包括：

36、激光器，適用于提供初始脈沖激光束；

37、計算機，適用于根據上述三維周期性結構的單個周期結構的尺寸、預設焦點光斑數(shù)量以及預設焦點光斑層數(shù)，獲得目標三維多焦點光斑陣列；適用于根據上述目標三維多焦點光斑陣列，獲得三維多焦點光斑相位分布圖；

38、空間光調制器，適用于基于上述三維多焦點光斑相位分布圖將由激光器輸出的初始脈沖激光束形成的入射光場調制成三維多焦點光斑光場；

39、顯微鏡，適用于將上述三維多焦點光斑光場聚焦至樣品表面；以及

40、壓電位移臺，適用于支撐上述樣品以及沿上述預設激光掃描路徑移動，以制備出上述三維周期性結構。

41、根據本公開的實施例，上述三維周期性結構的制備裝置還包括：

42、空間濾波組件，適用于對上述三維多焦點光斑光場進行空間濾波；以及

43、樣品監(jiān)測組件，包括：

44、鹵素燈，適用于激發(fā)上述樣品發(fā)出熒光信號；以及

45、相機，適用于接收上述熒光信號并生成圖像。

46、根據本公開的實施例，通過根據三維周期性結構的單個周期結構的尺寸、預設焦點光斑數(shù)量以及預設焦點光斑層數(shù)，獲得目標三維多焦點光斑陣列；根據目標三維多焦點光斑陣列，獲得目標三維多焦點光斑光場分布；根據目標三維多焦點光斑光場分布，獲得三維多焦點光斑相位分布圖；將三維多焦點光斑相位分布圖加載至空間光調制器，以將由激光器輸出的初始脈沖激光束形成的入射光場調制成三維多焦點光斑光場；以及根據三維多焦點光斑光場以及用于表示三維周期性結構的單個周期結構形狀的預設激光掃描路徑，加工樣品以制備出三維周期性結構，本公開的三維周期性結構的制備方法基于三維多焦點光斑陣列提高了三維周期性結構的制備效率，以及提高了三維周期性結構的分辨率。