光斑整形與加密
admin 在點陣光刻系統(tǒng)中引入光斑整形技術(shù)，依據(jù)成像系統(tǒng)的成像原理，將制作在透明掩膜版的任意形狀物體成像在光刻面，以實現(xiàn)點犁刻蝕光斑的整形。同時實驗結(jié)果表明，通過光斑整形后的圖像刻蝕光柵亮度明顯優(yōu)于普通點陣刻蝕系統(tǒng)，光斑的任意整形也可對刻蝕圖像進行某些特定的加密。
通常激光點陣系統(tǒng)光刻光斑是圓形，光刻圖像的彩虹光柵是由無數(shù)圓點矩陣排列而成，圖像由于相鄰光柵點的占空比將導(dǎo)致部分圖像光柵損失，另外由于激光的高斯分布特性，光斑中心點的光強最強，極易引起在光刻中出現(xiàn)光斑中心點光刻過深，光斑邊緣過淺的現(xiàn)象，對最終的圖像光刻光柵效果有極大的影響，如圖1所示。
基于此，我們設(shè)計了一個整形系統(tǒng)對圓光斑進行整形，從而得到一個光強分布均勻的占空比更高的方形光柵結(jié)構(gòu)(4)，如圖2所示，實驗結(jié)果表明該技術(shù)應(yīng)用在激光點陣全息光刻系統(tǒng)中，有效提高了激光全息圖像的光柵亮度。此外，實驗中我們在方形光斑像元里引入某些特定形狀的圖像信息，使方形光斑像元中同時又附加有特定加密信息，增加了點陣全息圖像的防偽功能。
一、點陣全息光斑整形及加密系統(tǒng)工作原理
點陣全息光斑整形及加密系統(tǒng)原理如圖3所示，激光器發(fā)出的光束經(jīng)反射鏡M1反射，經(jīng)擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)Colhmator后獲得光強分布較均勻的平行光源，H是整形掩膜載物臺，平行光經(jīng)H后通過成像系統(tǒng)將H上的熬形掩膜成像于放置在X、Y移動平臺上的光刻膠版表面，其中可旋轉(zhuǎn)棱鏡分光聚合旋轉(zhuǎn)臺將光束一分為二并匯聚在光刻膠版表面產(chǎn)生干涉。
該系統(tǒng)控制部分由PC、可控制編程器、X-Y導(dǎo)軌、快門和可旋轉(zhuǎn)分束系統(tǒng)組成。PC上裝有自行設(shè)計的Holo一Plotter專用軟件來控制快門的打開與閉合狀態(tài)、分束棱鏡系統(tǒng)360°旋轉(zhuǎn)可改變刻蝕光斑的角度和驅(qū)動X'Y導(dǎo)軌移動逐點曝光，完成整個系統(tǒng)的工作。
二、整形掩膜尺寸參數(shù)設(shè)計
點陣光斑整形首先須對應(yīng)圖像像素大小依據(jù)具體光路設(shè)計制作光斑整形透明掩膜，如圖4所示。
根據(jù)透鏡成像公式：
其中f表示成像系統(tǒng)焦距；u表示成像物距；v表示像距。由成像系統(tǒng)的放大率公式知：
其中L'表示整形后光刻光斑的尺寸大小也即光刻圖像的分辨率；L表示需制作的整形透明體的尺寸大小。
由(1)和(2)式知，只要設(shè)定了光刻面到成像透鏡的距離也即是成像系統(tǒng)的像距v和成像系統(tǒng)的焦距f，就可由(1)式計算出整形透明體在光路中放置的位置，并可依據(jù)圖像分辨率計算出整形透明體的尺寸大小。
如成像系統(tǒng)焦距f=120mm，設(shè)定像距為v=130mm，需刻蝕的圖像分辨率為300dpi(其刻蝕光斑大小L‘=0.0847mm)，則可由(1)和(2)式分別計算得到：u=15600mm，L=1mm，依據(jù)圖像的分辨率不同可對應(yīng)計算出相應(yīng)整形透明體尺寸大小。
實際制作中考慮到光路的搭設(shè)與透明掩膜物體尺寸大小的方便制作，要注意選擇焦距適當(dāng)?shù)某上裣到y(tǒng)和刻蝕光柵面與成像系統(tǒng)的距離V。
三、點陣全息光斑整形及加密的實驗制作
1、整形光斑制作
根據(jù)各個像素點尺寸大小計算出相應(yīng)方形物體孔徑大小，我們制作復(fù)制不同規(guī)格的掩膜版，放置圖3H固定支架位置，由PC上自行設(shè)計的專用軟件控制下進行零角度光刻。光刻材料是F9600型光刻膠。實驗結(jié)果如圖5所示，顯影后的再現(xiàn)彩虹光柵，在借助100倍放大鏡下用數(shù)碼相機拍攝下來的記錄不同像素的方形整形光斑。一相挨，縱橫排列有序，整個占空比非常高，非常吻合。
2、整形方形光斑的加密制作
利用光斑的整形系統(tǒng)可以在光強分布均勻的方形整形光斑里加載某些像元信息，方便地實現(xiàn)加密信息在點陣全息的應(yīng)用。譬如，我們想整形方形光斑掩膜版里面加載一個五角星，只要制作一個相應(yīng)帶有五角星像元信息的方形光斑掩膜版，便可以在如圖3系統(tǒng)進行光刻。實驗結(jié)果如圖6所示，在100倍放大鏡下方形光斑里的五角星圖案清晰可見。
此外，還可以加載其它加密信息，或者在實際應(yīng)用中，根據(jù)客戶需要在某個指定局部位置進行加密，有效增加了防偽難度。
小知識之光柵
光柵是結(jié)合數(shù)碼科技與傳統(tǒng)印刷的技術(shù)，能在特制的膠片上顯現(xiàn)不同的特殊效果。在平面上展示栩栩如生的立體世界，電影般的流暢動畫片段，匪夷所思的幻變效果。
