光斑整形与加密 - 夏冰加密软件技术博客

在点阵光刻系统中引入光斑整形技术，依据成像系统的成像原理，将制作在透明掩膜版的任意形状物体成像在光刻面，以实现点犁刻蚀光斑的整形。同时实验结果表明，通过光斑整形后的图像刻蚀光栅亮度明显优于普通点阵刻蚀系统，光斑的任意整形也可对刻蚀图像进行某些特定的加密。

通常激光点阵系统光刻光斑是圆形，光刻图像的彩虹光栅是由无数圆点矩阵排列而成，图像由于相邻光栅点的占空比将导致部分图像光栅损失，另外由于激光的高斯分布特性，光斑中心点的光强最强，极易引起在光刻中出现光斑中心点光刻过深，光斑边缘过浅的现象，对最终的图像光刻光栅效果有极大的影响，如图1所示。

基于此，我们设计了一个整形系统对圆光斑进行整形，从而得到一个光强分布均匀的占空比更高的方形光栅结构(4)，如图2所示，实验结果表明该技术应用在激光点阵全息光刻系统中，有效提高了激光全息图像的光栅亮度。此外，实验中我们在方形光斑像元里引入某些特定形状的图像信息，使方形光斑像元中同时又附加有特定加密信息，增加了点阵全息图像的防伪功能。

一、点阵全息光斑整形及加密系统工作原理

点阵全息光斑整形及加密系统原理如图3所示，激光器发出的光束经反射镜M1反射，经扩束准直系统Colhmator后获得光强分布较均匀的平行光源，H是整形掩膜载物台，平行光经H后通过成像系统将H上的熬形掩膜成像于放置在X、Y移动平台上的光刻胶版表面，其中可旋转棱镜分光聚合旋转台将光束一分为二并汇聚在光刻胶版表面产生干涉。

该系统控制部分由PC、可控制编程器、X-Y导轨、快门和可旋转分束系统组成。PC上装有自行设计的Holo一Plotter专用软件来控制快门的打开与闭合状态、分束棱镜系统360°旋转可改变刻蚀光斑的角度和驱动X'Y导轨移动逐点曝光，完成整个系统的工作。

二、整形掩膜尺寸参数设计

点阵光斑整形首先须对应图像像素大小依据具体光路设计制作光斑整形透明掩膜，如图4所示。

根据透镜成像公式：

其中f表示成像系统焦距；u表示成像物距；v表示像距。由成像系统的放大率公式知：

其中L'表示整形后光刻光斑的尺寸大小也即光刻图像的分辨率；L表示需制作的整形透明体的尺寸大小。

由(1)和(2)式知，只要设定了光刻面到成像透镜的距离也即是成像系统的像距v和成像系统的焦距f，就可由(1)式计算出整形透明体在光路中放置的位置，并可依据图像分辨率计算出整形透明体的尺寸大小。

如成像系统焦距f=120mm，设定像距为v=130mm，需刻蚀的图像分辨率为300dpi(其刻蚀光斑大小L‘=0.0847mm)，则可由(1)和(2)式分别计算得到：u=15600mm，L=1mm，依据图像的分辨率不同可对应计算出相应整形透明体尺寸大小。

实际制作中考虑到光路的搭设与透明掩膜物体尺寸大小的方便制作，要注意选择焦距适当的成像系统和刻蚀光栅面与成像系统的距离V。

三、点阵全息光斑整形及加密的实验制作

1、整形光斑制作

根据各个像素点尺寸大小计算出相应方形物体孔径大小，我们制作复制不同规格的掩膜版，放置图3H固定支架位置，由PC上自行设计的专用软件控制下进行零角度光刻。光刻材料是F9600型光刻胶。实验结果如图5所示，显影后的再现彩虹光栅，在借助100倍放大镜下用数码相机拍摄下来的记录不同像素的方形整形光斑。一相挨，纵横排列有序，整个占空比非常高，非常吻合。

2、整形方形光斑的加密制作

利用光斑的整形系统可以在光强分布均匀的方形整形光斑里加载某些像元信息，方便地实现加密信息在点阵全息的应用。譬如，我们想整形方形光斑掩膜版里面加载一个五角星，只要制作一个相应带有五角星像元信息的方形光斑掩膜版，便可以在如图3系统进行光刻。实验结果如图6所示，在100倍放大镜下方形光斑里的五角星图案清晰可见。