一種光流體微納器件動態(tài)加工裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光流體微納器件動態(tài)加工裝置，包括光源，在所述光源出射光束行進方向上依次設(shè)置有光束整形器件、與空間光調(diào)制控制器連接的空間光調(diào)制器、聚焦物鏡以及光流體模塊，所述的光源出射光束依次經(jīng)過光束整形器件、空間光調(diào)制器、聚焦物鏡以及光流體模塊。本實用新型的一種光流體微納器件動態(tài)加工裝置具有過程步驟少工藝簡單，制作裝置簡單成本低，可以加工不同形狀微納器件，并能夠進行不同微納器件動態(tài)實時調(diào)整，便于微納器件進行后續(xù)自組裝處理等特點。
【專利說明】—種光流體微納器件動態(tài)加工裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種微納器件加工裝置，特別是一種光流體微小器件動態(tài)加工裝置，主要用于微納器件加工、微納實驗構(gòu)建、微動力學(xué)、微流體力學(xué)、光電檢測、生化分析、環(huán)境監(jiān)測、復(fù)合材料制備、防偽技術(shù)等領(lǐng)域中的微納器件加工。

【背景技術(shù)】
[0002]器件小型化需求廣泛存在于微納器件加工、微納實驗構(gòu)建、微動力學(xué)、微流體力學(xué)、光電檢測、生化分析、環(huán)境監(jiān)測、復(fù)合材料制備、防偽技術(shù)等諸多領(lǐng)域，并且對相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展起著非常重要的作用。小型化器件加工裝置是基礎(chǔ)，特別是微納器件加工裝置更是極為重要，在宏觀器件向微納尺度研發(fā)過程中起到?jīng)Q定性作用。
[0003]在先技術(shù)中，存在微納器件加工裝置和技術(shù)，例如集成電路器件的光刻技術(shù)，光刻技術(shù)包含有很多步驟與流程，首先要在硅片上涂上一層耐腐蝕的光刻膠，隨后讓強光通過一塊刻有電路圖案的鏤空掩模板照射在娃片上。被照射到的部分光刻膠會發(fā)生變質(zhì)，而構(gòu)筑柵區(qū)的地方不會被照射到，所以光刻膠會仍舊粘連在上面。接下來就是用腐蝕性液體清洗硅片，變質(zhì)的光刻膠被除去，露出下面的硅片，而柵區(qū)在光刻膠的保護下不會受到影響。隨后就是粒子沉積、掩膜、刻線等操作，直到最后形成成品晶片?，F(xiàn)有光刻技術(shù)具有一定的優(yōu)點，但也存在不足:制作過程步驟多、工藝復(fù)雜；制作作用裝置復(fù)雜，價格昂貴，并且對環(huán)境要求高；微納結(jié)構(gòu)掩膜版是固定的，當(dāng)所需要加工圖形不同時，需要對應(yīng)的掩膜版進行替換，不能動態(tài)實時調(diào)整。
[0004]在先技術(shù)中，還存在一種微納器件加工裝置，即激光直寫裝置，參見美國授權(quán)專利，專利名稱:Sub-mi cron laser direct write ;專利號:US8101247B2 ;專利曰其月(Date ofPatent):2012年I月24日(Jan.24,2012)。此在先技術(shù)具有一定優(yōu)點，但是仍存在一些本質(zhì)不足:系統(tǒng)主要在固體基底上進行結(jié)構(gòu)加工，不能加工完全分離的微納器件；所加工微納器件的形狀受限制，不能靈活加工任意形狀微納器件；制備系統(tǒng)構(gòu)建具有相當(dāng)難度，對光機機構(gòu)要求高；所加工微納不便于進行后續(xù)自組裝處理等活動；不便于工作在液體環(huán)境中微納器件加工制備。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題提出了一種光流體微納器件動態(tài)加工裝置，具體方案如下:
[0006]—種光流體微納器件動態(tài)加工裝置，包括光源，在所述光源出射光束行進方向上依次設(shè)置有光束整形器件、聚焦物鏡以及光流體模塊，所述的光束整形器件和所述的聚焦物鏡之間還設(shè)有用于調(diào)整所述光源出射光束光斑形狀的空間光調(diào)制器，所述空間光調(diào)制器還連接有空間光調(diào)制控制器。
[0007]本實用新型的基本構(gòu)思是:利用光致固化原理，將焦點區(qū)域光強調(diào)控技術(shù)和光流控技術(shù)相結(jié)合，光束經(jīng)過調(diào)制后在焦點區(qū)域產(chǎn)生所需微納結(jié)構(gòu)器件圖形，微流控系統(tǒng)中光致固化膠流體流經(jīng)焦點區(qū)域，在微納結(jié)構(gòu)器件形狀光強照射下發(fā)生固化，制備形成了所需要微納結(jié)構(gòu)器件，成形微納架構(gòu)器件在流體流動推動下進入下一步流程。具體步驟如下:光源出射光束首先經(jīng)光束整形器件整形后進入空間光調(diào)制器，空間光調(diào)制器中的圖案被聚焦至光流體模塊上，空間光調(diào)制器中的投影圖案(微納器件結(jié)構(gòu)圖案)可以通過與空間光調(diào)制器連接的空間光調(diào)制控制器進行實時調(diào)整，光束經(jīng)空間光調(diào)制器后進入聚焦物鏡，光流體模塊置于聚焦物鏡的焦點區(qū)域。此方法成本低，對環(huán)境和機構(gòu)要求低，可以實時加工不同形狀微納器件，可以實現(xiàn)液體環(huán)境中微納器件加工制備。
[0008]作為優(yōu)選，所述的光束整形器件為擴束準(zhǔn)直鏡。一般光源出射光束多為發(fā)散式，而空間光調(diào)制器為光透射部件，為了使光源出射光束更好地加載空間光調(diào)制器中的圖案信息，需要近似準(zhǔn)直平行光作為載體，所以光源出射光束需經(jīng)過整形。
[0009]作為優(yōu)選，所述的光流體模塊為兩端開口結(jié)構(gòu)，包括流道邊界、位于所述光流體模塊兩端的流體入口和流體出口、位于流道邊界內(nèi)的流體光刻膠。
[0010]進一步優(yōu)選，所述的空間光調(diào)制器與所述的聚焦物鏡之間還設(shè)有與光束夾角成45°的分光鏡，所述光源出射光束經(jīng)所述光束整形器件、所述空間光調(diào)制器后投射到所述分光鏡，并經(jīng)所述分光鏡表面反射后投射到所述聚焦物鏡，最后聚焦到所述光流體模塊；在所述聚焦物鏡、所述分光鏡連線方向上依次設(shè)有濾光鏡、成像鏡頭和光電成像部件。
[0011]光源出射光束經(jīng)整形、透射后投射到分光鏡的的反射表面(分光面)上，因平面分光鏡與光束的夾角為45°，所以光束經(jīng)分光面反射后光束行進方向偏轉(zhuǎn)90°，反射光束繼續(xù)行進至聚焦物鏡，聚焦后進入光流體模塊，帶微納器件結(jié)構(gòu)圖案的光束聚焦至光流體模塊中的光流體上，經(jīng)光致固化作用光流體形成微納器件結(jié)構(gòu)；同時，光束經(jīng)光流體模塊反射后再次反向依次經(jīng)過聚焦物鏡、分光鏡、濾光鏡、成像鏡頭并最終進入光電成像部件，反射光路上的成像光路用于監(jiān)控整個微納器件結(jié)構(gòu)形成過程。
[0012]作為優(yōu)選，所述的分光鏡在光束反射表面的背面設(shè)有針對可見光的減反增透膜。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點:
[0014]I)在先技術(shù)中可以采用集成電路領(lǐng)域中的光刻機進行微納器件加工，但是制作過程步驟多、工藝復(fù)雜；制作作用裝置復(fù)雜，價格昂貴，并且對環(huán)境要求高；利用激光直接技術(shù)同樣存在制備系統(tǒng)構(gòu)建具有相當(dāng)難度，并且對光機機構(gòu)要求高，本實用新型利用光致固化原理，將焦點區(qū)域光強調(diào)控技術(shù)和光流控技術(shù)相結(jié)合，加工過程步驟少工藝簡單，便于實現(xiàn)，制作裝置簡單，成本低，便于使用和推廣，并且對環(huán)境和結(jié)構(gòu)要求低。
[0015]2)在先存在的光刻機技術(shù)中微納結(jié)構(gòu)掩膜版是固定的，當(dāng)所需要加工圖形不同時，需要對應(yīng)的掩膜版進行替換，不能動態(tài)實時調(diào)整；激光直寫技術(shù)同樣存在所加工微納器件的形狀受限制，不能靈活加工任意形狀微納器件。本實用新型可以通過對入射光束進行調(diào)制產(chǎn)生各種所需微納器件形狀，并且可實現(xiàn)動態(tài)調(diào)控，所以實用新型裝置可以加工不同形狀微納器件，并能夠進行不同微納器件動態(tài)實時調(diào)整，拓展了加工靈活性。
[0016]3)另外，本實用新型可以利用光流控技術(shù)，加工成型的微納器件在流體帶動下自動進入下一個流程，因此，便于微納器件進行后續(xù)自組裝處理，可以實現(xiàn)液體環(huán)境中微納器件加工制備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的一種光流體微納器件動態(tài)加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。
[0019]如圖1所示為本實用新型的一種光流體微納器件動態(tài)加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，一種光流體微納器件動態(tài)加工裝置，包括光源1，沿光源I光束出射方向依次設(shè)有準(zhǔn)直擴束鏡
2、空間光調(diào)制器3和分光鏡4,分光鏡4為平面鏡,且分光鏡4與光源I光束出射方向的夾角為45°，光源I出射光束經(jīng)分光鏡4的分光面401反射后光束行進方向偏轉(zhuǎn)90°并進入聚焦物鏡5，光束經(jīng)聚焦物鏡5聚焦后投射到光流體模塊6并通過光致固化作用形成微納器件605 ;投射到光流體模塊6的光束經(jīng)反射后再次經(jīng)過聚焦物鏡5和分光鏡4，并在聚焦物鏡5和分光鏡4連線方向設(shè)有濾光鏡8、成像鏡頭9以及光電成像器件10。其中，空間光調(diào)制器3上加載有微納器件605的結(jié)構(gòu)圖案，并且該微納器件605的結(jié)構(gòu)圖案可通過與空間光調(diào)制器3連接的空間光調(diào)制控制器7進行實時調(diào)整；光流體模塊6為兩端開口結(jié)構(gòu)，包括流道邊界603、位于光流體模塊6兩端的流體入口 601和流體出口 602以及位于流道邊界603內(nèi)的流體光刻膠604，流體光刻膠604位于聚焦物鏡5的焦點區(qū)域。
[0020]本實用新型的一種光流體微納器件動態(tài)加工裝置，具體工作過程如下:光源I出射光束依次經(jīng)過準(zhǔn)直擴束鏡2、空間光調(diào)制器3、分光鏡4，在分光鏡4的分光面401發(fā)生反射，反射光束經(jīng)過聚焦物鏡5投射到光流體模塊6 ;光流體模塊6是微流控通道部件，包括流體入口 601、流體出口 602、流道邊界603、流體光刻膠604，流體光刻膠604從流體入口601流入，從流體出口 602流出，聚焦物鏡5的焦點區(qū)域位于光流體模塊6的流體光刻膠604區(qū)域，光流體模塊6微通道中的流體光刻膠604在聚焦物鏡5的焦點照射下發(fā)生固化形成微納器件605 ;聚焦物鏡5的焦點區(qū)域光場經(jīng)過光流體模塊6的回返光再次經(jīng)過聚焦物鏡
5、分光鏡4的透射光的光路上依次設(shè)置有濾光片8、成像鏡頭9、光電成像部件10,聚焦物鏡
5、分光鏡4、濾光片8、成像鏡頭9、光電成像部件10共同構(gòu)成了顯微成像系統(tǒng)，實現(xiàn)對光流體微納器件動態(tài)加工過程進行成像，分光鏡4面向入射光束的一面是分光面401，另一面上鍍有針對可見光的減反增透膜402。
[0021]本實用新型中微流體微型溝槽加工及流動控制、光流控、光束焦點區(qū)域光強控制、顯微圖形觀測等技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)。本實用新型的創(chuàng)新點在于利用光致固化原理，將焦點區(qū)域光強調(diào)控技術(shù)和光流控技術(shù)相結(jié)合，光束經(jīng)過調(diào)制后在焦點區(qū)域產(chǎn)生所需微納結(jié)構(gòu)器件圖形，用于制備形成了所需要微納結(jié)構(gòu)器件，給出一個過程步驟少工藝簡單，制作裝置簡單成本低，對環(huán)境和結(jié)構(gòu)要求低，可以加工不同形狀微納器件，并能夠進行不同微納器件動態(tài)實時調(diào)整，便于微納器件進行后續(xù)自組裝處理，可以實現(xiàn)液體環(huán)境中微納器件加工制備等特點的一種光流體微納器件動態(tài)加工裝置。
[0022]以上所述的【具體實施方式】對本實用新型的技術(shù)方案和有益效果進行了詳細說明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本實用新型的最優(yōu)選實施例，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補充和等同替換等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光流體微納器件動態(tài)加工裝置，包括光源，在所述光源出射光束行進方向上依次設(shè)置有光束整形器件、聚焦物鏡以及光流體模塊，其特征在于，所述的光束整形器件和所述的聚焦物鏡之間還設(shè)有用于調(diào)整所述光源出射光束光斑形狀的空間光調(diào)制器，所述空間光調(diào)制器還連接有空間光調(diào)制控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光流體微納器件動態(tài)加工裝置，其特征在于，所述的光束整形器件為擴束準(zhǔn)直鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光流體微納器件動態(tài)加工裝置，其特征在于，所述的光流體模塊為兩端開口結(jié)構(gòu)，包括流道邊界、位于所述光流體模塊兩端的流體入口和流體出口、位于流道邊界內(nèi)的流體光刻膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項所述的一種光流體微納器件動態(tài)加工裝置，其特征在于，所述的空間光調(diào)制器與所述的聚焦物鏡之間還設(shè)有與光束夾角成45°的分光鏡，所述光源出射光束經(jīng)所述光束整形器件、所述空間光調(diào)制器后投射到所述分光鏡，并經(jīng)所述分光鏡表面反射后投射到所述聚焦物鏡，最后聚焦到所述光流體模塊；在所述聚焦物鏡、所述分光鏡連線方向上依次設(shè)有濾光鏡、成像鏡頭和光電成像部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光流體微納器件動態(tài)加工裝置，其特征在于，所述的分光鏡在光束反射表面的背面設(shè)有針對可見光的減反增透膜。
【文檔編號】G03F7/20GK203941381SQ201420316152
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】郁敏, 南學(xué)芳, 楊杰, 高秀敏 申請人:高秀敏