专利摘要
本发明公开了一种复合材料相位板的加工制作方法。首先使用飞秒激光双光子吸收原理，在光刻胶内部逐点逐层进行固化形成螺旋状或双斜坡状光刻胶相位板，然后将光刻胶相位板内嵌在圆柱腔内部，灌入合适的透明介质液体，形成复合材料相位板。使用本发明的方法制得的复合材料的相位板，可以被应用于双光束超分辨光存储光路系统中，也可以被应用于受激发射损耗荧光显微系统(STED)中，起到调整光束相位分布的作用。更进一步地，使用本发明制得的复合材料相位板，可以在多个波长组合下工作。
权利要求
1.一种复合材料相位板的飞秒激光双光子加工与制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在三维位移台上固定基底；
步骤2：在所述基底上涂覆光刻胶；
步骤3：使用飞秒激光双光子吸收原理，在所述光刻胶内部逐点逐层进行固化，在加工结束后去掉未固化的光刻胶，形成光刻胶相位板；
步骤4：将所述光刻胶相位板内嵌于一个密封圆柱腔内，所述圆柱腔的上端、下端各包括一个可开启的端口；
步骤5：封闭所述圆柱腔的下端口，打开所述圆柱腔的上端口，并从所述上端口灌入折射率匹配液或者折射率可变液体，使得所述折射率匹配液或者折射率可变液体将所述圆柱腔的剩余内部空间全部填满，形成复合材料相位板；
步骤3中，被固化的所述光刻胶相位板的形态呈螺旋状或双斜坡状；
将步骤5中得到的所述复合材料相位板，打开所述圆柱腔的下端口，排空所述圆柱腔内的折射率匹配液或者折射率可变液体，再次重复步骤5，灌入不同的折射率匹配液或者折射率可变液体，以得到工作波长不同的所述复合材料相位板，所述复合材料相位板可以在多个不同的波长组合下工作。
2.如权利要求1所述的复合材料相位板的飞秒激光双光子加工与制作方法，其特征在于，步骤4中，所述圆柱腔由飞秒激光三维微加工方法，由固化光刻胶制成。
3.如权利要求1所述的复合材料相位板的飞秒激光双光子加工与制作方法，其特征在于，步骤5中的所述折射率匹配液或者折射率可变液体，其折射率与所述光刻胶的折射率在双光束超分辨光存储光路系统的写入诱导记录光处相等或在受激发射损耗荧光显微系统的激发光处相等。
4.如权利要求1所述的复合材料相位板的飞秒激光双光子加工与制作方法，其特征在于，步骤5中的所述折射率匹配液或者折射率可变液体，其折射率与所述光刻胶的折射率在双光束超分辨光存储光路系统的读出激发光处相等。
5.如权利要求1所述的复合材料相位板的飞秒激光双光子加工与制作方法，其特征在于，步骤5中制成的所述复合材料相位板，其高度取决于所述折射率匹配液或者折射率可变液体的折射率与所述光刻胶的折射率在双光束超分辨光存储光路系统的写入抑制记录光处的折射率差值，以及所述写入抑制记录光的波长。
6.如权利要求1所述的复合材料相位板的飞秒激光双光子加工与制作方法，其特征在于，步骤5中制成的所述复合材料相位板，其高度取决于所述折射率匹配液或者折射率可变液体的折射率与所述光刻胶的折射率在双光束超分辨光存储光路系统的读出损耗光处的折射率差值，以及所述读出损耗光的波长。
7.如权利要求1所述的复合材料相位板的飞秒激光双光子加工与制作方法，其特征在于，步骤5中制成所述复合材料相位板，其高度取决于所述折射率匹配液或者折射率可变液体的折射率与所述光刻胶的折射率在受激发射损耗荧光显微系统的损耗光处的折射率差值，以及所述损耗光的波长。
说明书
技术领域
本发明涉及光存储领域，尤其涉及一种复合材料相位板的飞秒激光双光子加工与制作方法。
背景技术
随着信息技术的发展，人们储存信息的技术也在不断的更新，从原始的纸张信息记录形式发展到当前最为先进的光学超分辨技术。在近些年来，随着计算机应用的普及化，人们对于超高容量、密度、快速的信息储存技术越来越向往。而光储存技术是以光子为信息载体的一项优秀技术，特别是近年来取得了许多重大突破，在市场上的应用越来越广泛。当前社会中信息储存已经无法离开以光盘为基础的储存器件，其对于活动图像以及数据的储存有着非常好的效果。而光学超分辨光存储技术对于光储存的发展有着引导作用，特别是储存密度的提高更是起到关键作用。
目前已存的技术中，多光束超分辨光存储的一种实现原理为基于类双光束受激发射损耗(类STED)显微原理，利用受激发射损耗(STED)显微光路，以实现光存储写入和读出。一个典型的STED显微系统中需要两束照明光，其中一束为激发光，另外一束为损耗光。当损耗光照射在激发光斑的边缘位置使得该处样品中的电子发生受激发射作用，而位于激发光斑中心的被激发电子则不受损耗光的影响，继续以自发荧光的方式回到基态。由于在受激发射过程中所发出的荧光和自发荧光的波长及传播方向均不同，因此真正被探测器所接受到的光子均是由位于激发光斑中心部分的荧光样品通过自发荧光方式产生的。有效荧光的发光面积得以减小，从而实现了系统的超分辨率。
但是传统的受激发射损耗(STED)显微光路，光路系统普遍复杂庞大。由于机械振动、温度等客观因素的改变，会影响光斑的质量、准直性和重合程度，从而影响分辨率这一最关键的光存储参数。光路系统越庞大，整个写入/读出系统受到更多客观因素影响，因此光路系统小型化、简单化是对光存储分辨率提升的有效改进方式。目前对STED光路小型化的一种解决方案中，需要由一种相位板组成光斑调节部分，这种相位板需要满足的要求为，对于特定波长组合的双光束，相位板会使得两束光遵循不同光路出射，且其能够在多组波长组合下仍然正常工作。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种复合材料相位板的飞秒激光双光子加工与制作方法，使用该方法可以制成一种复合材料相位板，该相位板的特点为，由两种透明介质材料构成。将该复合材料相位板应用于双光束超分辨光存储光路系统中时，这两种透明材料的折射率在写入诱导记录光处(读出激发光处)相等；或将该复合材料相位板应用于受激发射损耗荧光显微系统(STED)中时，这两种透明材料的折射率在激发光处相等。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何制成一种复合材料相位板，使得该复合材料相位板在被应用于双光束超分辨光存储光路系统中时，这两种材料的折射率在写入诱导记录光处(读出激发光处)相等；或将该复合材料相位板应用于受激发射损耗荧光显微系统(STED)中时，这两种透明材料的折射率在激发光处相等。
为实现上述目的，本发明提供了一种复合材料相位板的飞秒激光双光子加工与制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在三维位移台上固定基底；
步骤2：在所述基底上涂覆光刻胶；
步骤3：使用飞秒激光双光子吸收原理，在所述光刻胶内部逐点逐层进行固化，在加工结束后去掉未固化的光刻胶，形成单材料相位板；
步骤4：将所述单材料相位板内嵌于一个密封圆柱腔内，所述圆柱腔的上端、下端各包括一个可开启的端口；
步骤5：封闭所述圆柱腔的下端口，打开所述圆柱腔的上端口，并从所述上端口灌入折射率匹配液或者折射率可变液体，使得所述折射率匹配液或者折射率可变液体将所述圆柱腔的剩余内部空间全部填满，形成复合材料的相位板。
进一步地，步骤3中，被固化的所述光刻胶的形态呈螺旋状。
进一步地，步骤3中，被固化的所述光刻胶的形态呈双斜坡状。
进一步地，步骤4中，所述圆柱腔由飞秒激光三维微加工方法，由固化光刻胶制成。
进一步地，可将步骤5中得到的所述复合材料相位板，打开所述圆柱腔的下端口，排空所述圆柱腔内的液体，再次重复步骤5，灌入不同的液体，以得到工作波长不同的所述复合材料相位板，所述复合材料相位板可以在多个不同的波长组合下工作。
进一步地，步骤5中的所述折射率匹配液或者折射率可变液体，其折射率与所述光刻胶的折射率在双光束超分辨光存储光路系统的写入诱导记录光处相等或在受激发射损耗荧光显微系统的激发光处相等。
进一步地，步骤5中的所述折射率匹配液或者折射率可变液体，其折射率与所述光刻胶的折射率在双光束超分辨光存储光路系统的读出激发光处相等。
进一步地，步骤5中制成的所述复合材料相位板，其高度取决于所述折射率匹配液或者折射率可变液体的折射率与所述光刻胶的折射率在双光束超分辨光存储光路系统的写入抑制记录光处的折射率差值，以及所述写入抑制记录光的波长。
进一步地，步骤5中制成的所述复合材料相位板，其高度取决于所述折射率匹配液或者折射率可变液体的折射率与所述光刻胶的折射率在双光束超分辨光存储光路系统的读出损耗光处的折射率差值，以及所述读出损耗光的波长。
进一步地，步骤5中制成所述复合材料的相位板，其高度取决于所述折射率匹配液或者折射率可变液体的折射率与所述光刻胶的折射率在受激发射损耗荧光显微系统的损耗光处的折射率差值，以及所述损耗光的波长。
将本发明所制得的复合材料相位板应用于双光束超分辨光存储光路系统中时，这两种透明材料的折射率在写入诱导记录光处(读出激发光处)相等；将本发明所制得的复合材料相位板应用于受激发射损耗荧光显微系统(STED)中时，这两种透明材料的折射率在激发光处相等。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的螺旋状光刻胶相位板结构示意图；
图2是本发明的另一个较佳实施例的双斜坡状光刻胶相位板结构示意图；
图3是本发明的一个较佳实施例的螺旋状光刻胶相位板相位分布图；
图4是本发明的另一个较佳实施例的双斜坡状光刻胶相位板相位分布图；
图5是本发明的一个较佳实施例的圆柱腔的结构示意图；
图6是美国microchem公司的SU-8 2005型光刻胶和美国cargille公司的SeriesA_15920型的折射率匹配液的色散曲线匹配示意图；
图7是美国microchem公司的SU-8 2005型光刻胶和美国cargille公司的SeriesA_15940型的折射率匹配液的色散曲线匹配示意图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
实施例一
本发明给出了一种复合材料相位板的加工制作方法。经过本发明的方法制得的复合材料的相位板，可以被应用于双光束超分辨光存储光路系统中，也可以被应用于受激发射损耗荧光显微系统(STED)中，起到调整光束相位分布的作用。更进一步地，使用本发明制得的复合材料相位板，可以在多个波长组合下工作。
本发明给出的一种复合材料相位板的加工制作方法，具体包含以下步骤：
步骤1：在三维位移台上固定基底；
步骤2：在所述基底上涂覆光刻胶；
步骤3：使用飞秒激光双光子吸收原理，在所述光刻胶内部逐点逐层进行固化，在加工结束后去掉未固化的光刻胶，形成单材料相位板；
光刻胶被固定在三维移台上，随着移台移动，因此可以在光刻胶内部利用飞秒激光双光子吸收原理，对各点各层进行固化操作，形成各种形态的光刻胶相位板。本实施例中，将光刻胶从内部固化为螺旋状相位板，其结构如图1所示。螺旋状相位板的相位分布如图3所示。在本实施例中，螺旋状相位板的直径为5.6mm。使用三维制图软件如solidworks画出已确定具体尺寸的三维螺旋相位板以及圆柱腔图形，并将其保存为STL格式；在基底上涂敷光刻胶；在电脑里导入STL格式文件，利用控制软件控制三维位移台带动基底样品移动，将设计好的三维螺旋相位板以及圆柱腔图形在基底上用飞秒激光双光子吸收的原理直接在光刻胶内部逐点逐层进行光刻胶固化。
步骤4：将所述单材料相位板内嵌于一个密封圆柱腔内，所述圆柱腔的上端、下端各包括一个可开启的端口；
如图5，上端口1、下端口2均能打开或关闭。当上端口1、下端口2均关闭时，圆柱腔即为封闭状态。当下端口2被打开时，即可排出所有液体。
步骤5：封闭所述圆柱腔的下端口，打开所述圆柱腔的上端口，并从所述上端口灌入折射率匹配液或者折射率可变液体，使得所述折射率匹配液或者折射率可变液体将所述圆柱腔的剩余内部空间全部填满，形成复合材料的相位板。
由于相位板会被应用于双光束超分辨光存储光路系统中或受激发射损耗荧光显微系统(STED)中，起到调整光束相位分布的作用。这就要求相位板对于不同波长的光束产生不同的效果，即，相位板需要由两种透明介质构成，这两种介质的折射率，在其中一束光波长处，折射率是匹配的，但是在另一束光波长处，折射率是不匹配的。因此本发明使用光刻胶作为第一种介质，折射率匹配液作为第二种介质。由于不同型号的折射率匹配液，其折射率随波长不同而呈现不同的性质，因此只需要灌入适合型号的折射率匹配液，即可制成不同工作波长的复合材料相位板。该相位板的高度，取决于光学系统中两束光波长，以及透明介质在两个光波长处的折射率差值。
在本实施例中，使用美国microchem公司的SU-8 2005型光刻胶作为第一种介质，选用美国cargille公司的SeriesA_15920型、SeriesA_15940型的折射率匹配液作为第二种介质，以形成不同工作波长的复合材料相位板。
其中，美国microchem公司的SU-8 2005型光刻胶在部分波长处的折射率如下表所示：
美国cargille公司的SeriesA_15920型折射率匹配液部分波长处的折射率如下表所示：
美国cargille公司的SeriesA_15940型折射率匹配液部分波长处的折射率如下表所示：
SU-8 2005型光刻胶和SeriesA_15920型折射率匹配液在室温为25℃时的色散曲线如图6所示，实线A是光刻胶的色散曲线，虚线B是折射率匹配液的色散曲线。实线A和虚线B在波长396nm和395nm之间有交点，在波长为396nm处，光刻胶折射率和SeriesA_15920型匹配液的折射率差为2.8E-05。在波长为488nm处，光刻胶折射率和SeriesA_15920型匹配液的折射率差为0.00371。通过计算，螺旋相位板的高度为131.54um。封住圆柱腔流出液体的下端口2，从圆柱腔的上端口1流入并填满SeriesA_15920型折射率匹配液；用激光垂直照射本实施例中的光刻胶和折射率匹配液结合的复合材料相位板。激光器的输出波长为396nm的激光透过本实施例的螺旋相位板后为实心光斑，另一个激光器的输出波长为488nm的激光通过本实施例的螺旋相位板后为空心光斑。
SU-8 2005型光刻胶和SeriesA_15940型折射率匹配液在室温为25℃时的色散曲线如图7所示，实线C是光刻胶的色散曲线，虚线D是折射率匹配液的色散曲线。实线C和虚线D在波长454nm和455nm之间有交点，在波长为455nm处，光刻胶折射率和SeriesA_15920型匹配液的折射率差为2.4E-05。若波长为580nm，光刻胶折射率和SeriesA_15920型匹配液的折射率差为0.004400。通过计算，螺旋相位板的高度为131.82um。若波长为581nm，光刻胶折射率和SeriesA_15920型匹配液的折射率差为0.004425。通过计算，螺旋相位板的高度为131.30um。封住圆柱腔流出液体的下端口1，从圆柱腔的上端口2流入并填满SeriesA_15940型折射率匹配液；用激光垂直照射本实施例中的光刻胶和折射率匹配液结合的复合材料相位板。激光器的输出波长为455nm的激光透过本实施例的螺旋相位板后为实心光斑，另一个激光器的输出波长为580nm的激光透过本实施例的螺旋相位板后为空心光斑。
由于圆柱腔的上端口1、下端口2均可以打开和封闭，因此在本发明中，只需选择合适型号的折射率匹配液，或者任何折射率可变的透明液体，就能形成工作波长不同的复合材料相位板。
实施例二
在本实施例中，光刻胶固化形成的相位板为双斜面状，其结构如图2；双斜面光刻胶相位板的相位分布如图4。与实施例一相同，选择合适的第二介质，即可制成复合材料的相位板，对双光束超分辨光存储光路系统中或受激发射损耗荧光显微系统(STED)中的两个工作波长起到相位调整的作用。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
一种复合材料相位板的飞秒激光双光子加工与制作方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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