CN110501892B - 手性多瓣微结构的制备方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种手性多瓣微结构的制备方法和装置，属于微纳制造技术领域。其中，所述手性多瓣微结构的制备方法，包括：计算手性多瓣微结构的全息图；根据所述全息图，使用飞秒全息加工系统对光刻胶材料样品进行加工，得到待显影手性多瓣微结构样品；将所述待显影手性多瓣微结构样品放入显影液中进行显影，得到离散外扩的手性多瓣微结构；所述离散外扩的手性多瓣微结构从所述显影液取出后，经过表面残存的所述显影液的毛细力作用后内拢，得到离散态或组装态的手性多瓣微结构。本发明提供的手性多瓣微结构的制备方法和装置，将飞秒激光全息高效加工技术和毛细力驱动自组装技术相结合，可以灵活快速实现三维手性多瓣微结构的制备，提高了加工效率。

Description

手性多瓣微结构的制备方法和装置

技术领域

本发明涉及微纳制造技术领域，尤其涉及一种手性多瓣微结构的制备方法和装置。

背景技术

手性，表示物体的一种对称特性。手性结构是指该结构不能通过旋转或者平移而与其镜像完全重合。自然界里存在很多手性结构，如氨基酸、DNA分子、手、贝壳、螺旋星系等等。手性结构在日常生活中也有着很广泛的应用，如螺钉、螺旋弹簧、螺旋楼梯、螺旋叶片、螺旋轴等等。在微纳尺度下，手性结构具有独特的光学响应特性，多样化的手性微纳结构快速制备是研究其光学特性的基石。

随着微纳加工手段的发展，手性微纳结构也越来越方便的制备出来。目前手性微纳结构的加工手段可以分为两大类，分别是自上而下的加工技术和自下而上的组装技术。对于白上而下的加工技术，常见的有飞秒激光直写、光刻、聚焦离子束刻蚀、电子束光刻等等。相对来说，飞秒激光直写具有真三维加工的独特优势，是理想的手性微纳结构加工手段，但是飞秒激光直写需要采取单焦点扫描策略，因此加工效率低下，需要克服。而对于自下而上的组装技术，其主要原理是在液相环境中利用手性材料诱导手性微纳结构形成，而这类技术的缺点是制备的手性结构只能依附在手性材料上，难以获得所需要的手形结构单体，且其形态无法自由控制。

常规的手性微纳结构的制备一般是利用自上而下的加工技术或者自下而上的组装技术来单独实现的，制备的结构一般是整体且单手性的，结构的大小和高度往往无法任意控制。因此，同时结合上面两种方法，实现一种多瓣、可控手性、可变结构尺寸、可变结构形状的多样化手性微纳结构的高效制备方法，在研究手性微结构的光学特性中意义重大。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种手性多瓣微结构的制备方法和装置，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种手性多瓣微结构的制备方法，所述方法包括：

计算手性多瓣微结构的全息图；

根据所述全息图，使用飞秒全息加工系统对光刻胶材料样品进行加工，得到待显影手性多瓣微结构样品；

将所述待显影手性多瓣微结构样品放入显影液中进行显影，得到离散外扩的手性多瓣微结构；

所述离散外扩的手性多瓣微结构从所述显影液取出后，经过表面残存的所述显影液的毛细力作用后内拢，得到离散态或组装态的手性多瓣微结构。

在一些实施例中，计算手性多瓣微结构的全息图，包括：

设置所述手性多瓣微结构的方形全息图的像素尺寸，对所述方形全息图进行网格划分，定义所述方形全息图上各点的像素坐标，并初始化各像素点的总相位值；

根据所述方形全息图的像素尺寸和飞秒激光光束圆形光斑特征，添加半径合适的外部圆形掩膜，屏蔽所述圆形掩膜外无效区域，获得圆形全息图；

根据离散叠加原理在所述圆形全息图上添加中心正多边形掩膜图形；计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点的相位值；将所述相位值转换为灰度值，并生成所述手性多瓣微结构的全息图。

在一些实施例中，计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点的相位值，包括：

选取所述中心正多边形掩膜图形的任意一个顶点作为起始参考点；

计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点与所述起始参考点的像素距离；

利用所述像素距离，计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述起始参考点的方位角；

根据所述方位角，计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述起始参考点的相位值，并将所述相位值累计到所述总相位值；

按预设步距更新所述起始参考点得到新的参考点，并根据所述新的参考点重新计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述新的参考点的相位值，将其累计到所述总相位值；循环此步骤，直到所述新的参考点返回到所述起始参考点，则得到的所述总相位值即为所述中心正多边形掩膜图形外部任一点的相位值。

在一些实施例中，根据所述方位角，计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述参考点的方位角，包括：

若所述中心正多边形掩膜图形外部任一点位于所述参考点的左侧，采用第一计算公式计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述参考点的方位角；

若所述中心正多边形掩膜图形外部任一点位于所述参考点的右侧，采用第二计算公式计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述参考点的方位角。

在一些实施例中，所述离散外扩的手性多瓣微结构经过所述显影液的毛细力作用后，得到离散态或组装态的手性多瓣微结构，包括：

当所述离散外扩的手性多瓣微结构的高度高于预设高度时，所述离散外扩的手性多瓣微结构经过所述显影液的毛细力作用后，得到组装态的手性多瓣微结构；

当所述离散外扩的手性多瓣微结构的高度低于预设高度时，所述离散外扩的手性多瓣微结构经过所述显影液的毛细力作用后，仍为离散态的手性多瓣微结构。

根据本发明的另一个方面，提供了一种手性多瓣微结构的制备装置，所述装置包括：

全息图计算单元，用于计算手性多瓣微结构的全息图；

第一获取单元，用于根据所述全息图，使用飞秒全息加工系统对光刻胶材料样品进行加工，得到待显影手性多瓣微结构样品；

第二获取单元，用于将所述待显影手性多瓣微结构样品放入显影液中进行显影，得到离散外扩的手性多瓣微结构；

第三获取单元，所述离散外扩的手性多瓣微结构从所述显影液取出后，经过表面残存的所述显影液的毛细力作用后内拢，得到离散态或组装态的手性多瓣微结构。

在一些实施例中，全息图计算单元包括：

第一设置子单元，设置所述手性多瓣微结构的方形全息图的像素尺寸，对所述方形全息图进行网格划分，定义所述方形全息图上各点的像素坐标，并初始化各像素点的总相位值；

第二设置子单元，用于根据所述方形全息图的像素尺寸和飞秒激光光束圆形光斑特征，添加预设半径的外部圆形掩膜，屏蔽所述圆形掩膜外无效区域，获得圆形全息图；

掩膜图形获取子单元，根据离散叠加原理在所述圆形全息图上添加中心正多边形掩膜图形；

相位值计算子单元，用于计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点的相位值；

全息图获取子单元，用于将所述相位值转换为灰度值，并生成所述手性多瓣微结构的全息图。

在一些实施例中，所述相位值计算子单元包括：参考点选取子单元，用于选取所述中心正多边形掩膜图形的任意一个顶点作为起始参考点；

像素距离计算子单元，用于计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点与所述起始参考点的像素距离；

方位角计算子单元，用于计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述起始参考点的方位角；

在一些实施例中，所述方位角计算子单元包括：

左侧方位角计算单元，用于若所述中心正多边形掩膜图形外部任一点位于所述参考点的左侧，采用第一计算公式计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述参考点的方位角；

右侧方位角计算单元，用于若所述中心正多边形掩膜图形外部任一点位于所述参考点的右侧，采用第二计算公式计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述参考点的方位角。

相位值计算子单元，用于根据所述方位角，计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述起始参考点的相位值，并将所述相位值累计到所述总相位值；

相位值获取子单元，按预设步距更新所述起始参考点得到新的参考点，并根据所述新的参考点重新计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述新的参考点的相位值，将其累计到所述总相位值；循环此步骤，直到所述新的参考点返回到所述起始参考点，则得到的总相位值即为所述中心正多边形掩膜图形外部任一点的相位值。

在一些实施例中，所述第三获取单元包括：

组装态获取子单元，用于当所述离散外扩的手性多瓣微结构的高度高于预设高度时，所述离散外扩的手性多瓣微结构经过所述显影液的毛细力作用后，得到组装态的手性多瓣微结构；

离散态获取子单元，用于当所述离散外扩的手性多瓣微结构的高度低于预设高度时，所述离散外扩的手性多瓣微结构经过所述显影液的毛细力作用后，仍为离散态的手性多瓣微结构。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明手性多瓣微结构的制备方法和装置至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本发明提供的手性多瓣微结构的制备方法和装置，将飞秒激光全息高效加工技术和毛细力驱动自组装技术相结合，可以灵活快速实现三维手性多瓣微结构的制备，提高了加工效率。

(2)本发明提供的手性多瓣微结构的制备方法和装置，通过改变全息图的中心掩膜形状控制手性多瓣微结构的瓣数；通过改变全息图的拓扑电荷数的正负，可以实现左、右双手性结构的加工；通过控制全息图的叠加次数，即拓扑电荷数，可以控制手性结构横向尺寸；通过控制曝光深度，可以控制手性结构的纵向尺寸。

(3)本发明提供的手性多瓣微结构的制备方法和装置，通过控制手性多瓣微结构的纵向尺寸即高度，可以控制手性结构经过毛细力驱动后的形态为离散或组装两种状态。

附图说明

图1为本发明实施例提供的手性多瓣微结构的制备方法流程图；

图2A-2F为本发明实施例提供的手性三瓣微结构的全息图生成过程；

图3A为本发明实施例提供的在正三角形掩膜(N＝3)中，不同外接圆半径的掩膜下部分拓扑电荷数的全息图；

图3B为本发明实施例提供的正四边形掩膜(N＝4)、正五边形掩膜(N＝5)、正六边形掩膜(N＝6)的全息图；

图4为本发明实施例提供的飞秒全息加工系统示意图；

图5A为本发明实施例提供的正三角形掩膜(N＝3)时，全息图在图3加工系统中透镜11(f＝600mm)后不同位置的光场仿真图；

图5B为本发明实施例提供的正四边形掩膜(N＝4)、正五边形掩膜(N＝5)、正六边形掩膜(N＝6)在透镜11焦点处的光场仿真图；

图6A为本发明实施例提供的正三角形掩膜(N＝3)的加工结构电镜图，包含了不同的大小、形态；

图6B为本发明实施例提供的正四边形掩膜(N＝4)、正五边形掩膜(N＝5)、正六边形掩膜(N＝6)加工加工结构电镜图；

图7为本发明实施例提供的手性多瓣微结构的制备装置结构图。

上述附图中，附图标记含义具体如下：

1-激光器；2-半波片；3-偏振分光棱镜；4，5-透镜；6-光闸；7-衰减片；8-高反透镜；9-空间光调制器；10，12-透镜；11-光阑；13-反射镜；14-油镜；15-压电台；16-光刻胶样品；17-卤素灯；18-CCD；19-电脑。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

根据本发明的一个方面，提供了一种手性多瓣微结构的制备方法，如图1所示，该方法包括：

S11，计算手性多瓣微结构的全息图；

S12，根据全息图，根据全息图，使用飞秒全息加工系统对光刻胶材料样品进行加工，得到待显影手性多瓣微结构样品；

S13，将待显影手性多瓣微结构样品放入液体显影液中进行显影，得到离散外扩的手性多瓣微结构；

S14，离散外扩的手性多瓣微结构从显影液取出后，经过表面残存的显影液的毛细力作用后内拢，得到离散态或组装态的手性多瓣微结构。

本发明提供的手性多瓣微结构的制备方法，将飞秒激光全息高效加工技术和毛细力驱动自组装技术相结合，可以灵活快速实现了三维手性多瓣微结构的制备，提高了加工效率。

在本实施例中，步骤S11具体包括如下子步骤：

设置手性多瓣微结构的方形全息图的像素尺寸，对方形全息图进行网格划分，定义方形全息图上各点的像素坐标，并初始化各像素点的总相位值；

根据方形全息图的像素尺寸和飞秒激光光束圆形光斑特征，添加预设半径的外部圆形掩膜，屏蔽圆形掩膜外无效区域，获得圆形全息图；

根据离散叠加原理在圆形全息图上添加中心正多边形掩膜图形；其中，中心正多边形掩膜的大小由其外接圆半径控制，中心正多边形掩膜覆盖区域也被屏蔽；

计算中心正多边形掩膜图形外部任一点的相位值；

将相位值转换为灰度值，并生成手性多瓣微结构的全息图。

其中，计算掩膜图形外部任一点的相位值，包括：

选取中心正多边形掩膜图形的任意一个顶点作为起始参考点；计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点与起始参考点的像素距离

利用像素距离，计算中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于起始参考点的方位角：若中心正多边形掩膜图形任一点位于起始参考点的左侧，采用第一计算公式theta＝arccos(j-y0)/r]计算掩膜图形外部任一点相对于起始参考点的方位角；若中心正多边形掩膜图形外部任一点位于起始参考点的右侧，采用第二计算公式theta＝2冗-arccos[(j-y0)/r]计算掩膜图形外部任一点相对于所述参考点的方位角，其中，j为所述中心正多边形掩膜图形外部任一点的纵坐标，y0为所述起始参考点的纵坐标，r为所述中心正多边形掩膜图形外部任一点与起始参考点的像素距离；按预设步距更新起始参考点得到新的参考点，并根据新的参考点重新计算中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于新的参考点的相位值，将其累计到总相位值；循环此步骤，直到新的参考点返回到起始参考点，则得到的总相位值即为中心正多边形掩膜图形外部任一点的相位值。

本发明提供的手性多瓣微结构的制备方法，通过改变全息图的中心掩膜形状控制手性多瓣微结构的瓣数；通过改变全息图的拓扑电荷数的正负，可以实现左、右双手性结构的加工；通过控制全息图的叠加次数，即拓扑电荷数，可以控制手性结构横向尺寸；通过控制曝光深度，可以控制手性结构的纵向尺寸。

在本实施例中，步骤S14具体包括：

当离散外扩的手性多瓣微结构的高度高于预设高度时，离散外扩的手性多瓣微结构经过显影液的毛细力作用后，得到组装态的手性多瓣微结构；

当离散外扩的手性多瓣微结构的高度低于预设高度时，离散外扩的手性多瓣微结构经过显影液的毛细力作用后，仍为离散态的手性多瓣微结构。

本发明提供的手性多瓣微结构的制备方法，通过控制手性多瓣微结构的纵向尺寸即高度，可以控制手性结构经过毛细力驱动后的形态为离散或组装两种状态。

在一具体实施例中，三瓣手性微结构的中心正三角形掩膜全息图的计算过程的生成图，如图2A-2F所示，计算过程为：

1)设置全息图尺寸为1080*1080(单位：像素)，即横向尺寸column＝1080，纵向尺寸row＝1080，通过Matlab内置函数meshgrid进行网格划分，以左下角为起点，坐标为(0，0)，右上角为终点，坐标为(1080，1080)，中心坐标为(540，540)，网格顶点的坐标记为(i，j)，i，j∈(0，1080)，然后利用phase1(i，j)＝0，i，j∈(0，1080)将全息图各点初始相位置零，从而生成全息图背景网格，如图2A所示；

2)由于飞秒激光的光斑为圆形高斯光斑，图2A中全息图背景的有效使用部分为以中心坐标为(540，540)为圆心，半径R＝540的圆内部分，圆外部分通过掩膜mask1(i，j)＝0屏蔽相位，显示为黑色，如图2B所示；

3)设置掩膜图形的中心像素坐标值为(540，540)，对应空间光调制器(1080*1080)的中心像素坐标，掩膜图形的外接圆半径为r₀，结合全息图尺寸，选择r₀∈(200，500)较为合适，掩模形状可以是正三角形、正四边形、正五边形、正六边形，分别对应3瓣、4瓣、5瓣、6瓣手性结构的加工。如图2C所示，以正三角形掩模为例，对于给定外接圆半径r₀，那么三个顶点的坐标分别为

然后通过掩膜mask2(i，j)＝0屏蔽三角形内部区域相位，显示为黑色；

4)相位写入：图中黑色区域被屏蔽，不再写入相位；从掩膜图形一个顶点开始，在掩膜图形外部写入相位，从掩膜图形的任意一个顶点作为参考点出发，沿顺时针按步距dxy＝l/ntuopuhe获得参考点的坐标，如图2D所示，标出了掩膜三角形每个边界上的参考点位置及编号，其中ntuopuhe∈(1，20)，代表每条边上的参考点个数，l为掩膜图形的边长，当前参考点的坐标记为(x₀，y₀)，除去屏蔽区域外任意一点的像素坐标为(i，j)(i，j∈(1，1080))，那么此两点的像素距离为r：

如图2E所示；

a)当任一点(i，j)在当前参考点(x₀，y₀)左侧时，即i≤x₀时，如图2E所示，该点相对于参考点的方位角为theta＝arccos[(j-y₀)/r)，相位值为phase(i，j)＝(theta)*q；

b)当任一点(i，j)在当前参考点(x₀，y₀)右侧时，即i＞x₀时，如图2F所示，该点相对于参考点的方位角为theta＝arccos[(j-y₀)/r]，相位值为phase(i，j)＝(theta)*q。

5)完成上述操作后，拓扑电荷数自增1，使任一点(i，j)的相位值按照phase1(i，j)＝phase1(i，j)+phase(i，j)更新；按照给定步距dxy更新参考点，然后重复4)的过程，直至更新后的参考点返回到出发的参考点；

6)将任一点(i，j)的相位值phase1(i，j)转换为灰度值ho log rams tan dard(i，j)，ho log rams tan dard(i，j)和phase1(i，j)的数值对应关系为：ho log rams tandard(i，j)＝mod(phase1(i，j)*255/(2*pi)，255)，然后将全息图保存，得到如图3A所示的全息图。

按照上述方法，可以获得掩膜形状为正三角形、正四边形、正五边形、正六边形的全息图，如图3B所示，掩膜图形的边数对应了后续加工的瓣数；全息图的拓扑电荷数的正负决定了加工结构的手性方向；拓扑电荷数绝对值的大小决定了加工结构的大小。

在一具体实施例中，采用如图4所示的飞秒全息加工系统，根据图3A中的全息图，加工出的手性三瓣微结构的过程为：

1)准备待加工样品：使用SU2080液态光刻胶作为加工材料，其材料初始形态为液态，使用移液器将10uL液态光刻胶滴在通用载玻片上，然后放在热板上面加热，控制温度为100℃，加热时间为45min，使光刻胶完全固化；

2)对待加工样品进行加工：激光器1产生飞秒激光，经过半波片2和偏振分光棱镜3控制激光的偏振方向，获得线偏振高斯光；然后经过透镜组4、5对光束进行扩束，以匹配空间光调制器9的面板尺寸；光闸6由电脑19控制可以实现光路的通断，光束的能量通过衰减片7控制，调整好能量的飞秒激光束经过高反透镜8的反射后照射在空间光调制器9上；空间光调制器9连接电脑19，电脑19播放的全息图可以加载到空间光调制器9上，按照全息图相位信息对光束进行相位调制，从而将线偏振高斯光调制生成所需的手性离散光场，光场经过透镜组10、12进行缩束(透镜10、12的焦距分别为600mm和200mm)，通过光阑11使得只有手性离散光场的第一级光进入显微镜系统，而其它级次的光被遮挡，第一级光经过反射镜13进入60倍油镜14入瞳，经过其聚焦垂直入射在光刻胶样品16内部；光刻胶样品16正置固定在压电台15上，电脑19可以控制压电台15的移动，从而调整光束焦点在光刻胶样品16中的空间位置；光刻胶样品16在卤素灯17照射下发出荧光，通过CCD18接收，然后传递到电脑19上，通过电脑19上面安装的CCD驱动程序显示接收的图像，可实现加工进程的监测。其中，光束功率的大小是在光阑11后5cm处使用功率计检测的，可以通过衰减片7调节功率至合适值；曝光时间为0.5s通过电脑19控制光闸6，如图5A所示，正三角形掩膜(N＝3)，全息图在图3加工系统中透镜11(f＝600mm)后不同位置的光场仿真图，而图5B为正四边形掩膜(N＝4)、正五边形掩膜(N＝5)、正六边形掩膜(N＝6)在透镜11焦点处的光场仿真图；

3)完成加工：将前烘的光刻胶样品16固定在压电台15上，在60倍油镜14下找到焦平面，打开光闸6，光刻胶样品16胶中经飞秒激光手性离散光场照射的区域发生双光子聚合，得到离散外扩的手性多瓣微结构，未经照射的区域保持原样。

在一具体实施例中，对上述加工完成的光刻胶样品16放于正丙醇中显影30min，未经聚合的区域完全溶解，聚合的区域留下；取出得到离散外扩的手性微结构，然后将光刻胶样品16，水平放置，使其表面残存的正丙醇快速挥发，在液体挥发完全之前光刻胶样品16受到液体毛细力作用，在毛细力作用下，当光刻胶样品16的高度较低时，该手性微结构仍旧是离散的；当光刻胶样品16的高度较高时，该手性微结构自组装成一个整体结构；如图6A所示，展示了正三角形掩膜(N＝3，q＝±15，r0＝350)的加工结构的电镜图，包含了离散和组装两种形态；而图6B简要展示了正四边形掩膜(N＝4)、正五边形掩膜(N＝5)、正六边形掩膜(N＝6)组装结构的电镜图。

本发明提供的手性多瓣微结构的制备方法，可以通过控制手性多瓣微结构的高度，调节毛细力作用后手性多瓣微结构的形态，可呈现出离散态和组装态。

根据本发明的另一个方面，提供了一种手性多瓣微结构的制备装置，如图7所示，该装置包括：

全息图计算单元71，用于计算手性多瓣微结构的全息图；

第一获取单元72，用于根据所述全息图，使用飞秒全息加工系统对光刻胶材料样品进行加工，得到待显影手性多瓣微结构样品；

第二获取单元73，用于将待显影手性多瓣微结构样品放入显影液中进行显影，得到离散外扩的手性多瓣微结构；

第三获取单元74，用于在离散外扩的手性多瓣微结构从显影液取出后，经过表面残存的显影液的毛细力作用后内拢，得到离散态或组装态的手性多瓣微结构。

本发明提供的手性多瓣微结构的制备装置，将飞秒激光全息高效加工技术和毛细力驱动自组装技术相结合，可以灵活快速实现了三维手性多瓣微结构的制备，提高了加工效率。

在本实施例中，全息图计算单元71，包括以下子单元：

第一设置子单元，设置手性多瓣微结构的方形全息图的像素尺寸，对方形全息图进行网格划分，定义方形全息图上各点的像素坐标，并初始化各像素点的总相位值；

第二设置子单元，用于根据方形全息图的像素尺寸和飞秒激光光束圆形光斑特征，添加半径合适的外部圆形掩膜，屏蔽圆形掩膜外无效区域，获得圆形全息图；

掩膜图形获取子单元，根据离散叠加原理在圆形全息图上添加中心正多边形掩膜图形；

相位值计算子单元，用于计算中心正多边形掩膜图形外部任一点的相位值；

全息图获取子单元，用于将相位值转换为灰度值，并生成手性多瓣微结构的全息图。其中，相位值计算子单元又包括：参考点选取子单元，选取中心正多边形掩膜图形的任意一个顶点作为起始参考点；

像素距离计算子单元，用于计算中心正多边形掩膜图形外部任一点与起始参考点的像素距离；

方位角计算子单元，用于计算中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于起始参考点的方位角；

相位值计算子单元，用于根据方位角，计算中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于起始参考点的相位值，并将相位值累计到总相位值；

相位值获取子单元，按预设步距更新起始参考点得到新的参考点，并根据新的参考点重新计算中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于新的参考点的相位值，将其累计到总相位值；循环此步骤，直到新的参考点返回到起始参考点，则得到的总相位值即为中心正多边形掩膜图形外部任一点的相位值。方位角计算子单元又包括：

左侧方位角计算单元，用于若中心正多边形掩膜图形外部任一点位于参考点的左侧，采用第一计算公式计算中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于参考点的方位角；

右侧方位角计算单元，用于若中心正多边形掩膜图形外部任一点位于参考点的右侧，采用第二计算公式计算中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于参考点的方位角。本发明提供的手性多瓣微结构的制备装置，通过改变全息图的中心掩膜形状控制手性多瓣微结构的瓣数；通过改变全息图的拓扑电荷数的正负，可以实现左、右双手性结构的加工；通过控制全息图的叠加次数，即拓扑电荷数，可以控制手性结构横向尺寸；通过控制曝光深度，可以控制手性结构的纵向尺寸。

在本实施例中，第三获取单元74包括以下子单元：

组装态获取子单元，用于当离散外扩的手性多瓣微结构的高度高于预设高度时，离散外扩的手性多瓣微结构经过显影液的毛细力作用后，得到组装态的手性多瓣微结构；

离散态获取子单元，用于当离散外扩的手性多瓣微结构的高度低于预设高度时，离散外扩的手性多瓣微结构经过显影液的毛细力作用后，仍为离散态的手性多瓣微结构。

本发明提供的手性多瓣微结构的制备装置，通过控制手性多瓣微结构的纵向尺寸即高度，可以控制手性结构经过毛细力驱动后的形态为离散和组装两种状态。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

应注意，贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在以上描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本发明有任何限制，而只是本发明实施例的示例。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。应注意，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种手性多瓣微结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

计算手性多瓣微结构的全息图；

根据所述全息图，使用飞秒全息加工系统对光刻胶材料样品进行加工，得到待显影手性多瓣微结构样品；

将所述待显影手性多瓣微结构样品放入显影液中进行显影，得到离散外扩的手性多瓣微结构；

所述离散外扩的手性多瓣微结构从所述显影液取出后，经过表面残存的所述显影液的毛细力作用后内拢，得到离散态或组装态的手性多瓣微结构；

其中，通过如下步骤计算手性多瓣微结构的全息图，包括：

设置所述手性多瓣微结构的方形全息图的像素尺寸，对所述方形全息图进行网格划分，定义所述方形全息图上各点的像素坐标，并初始化各像素点的总相位值；

根据所述方形全息图的像素尺寸和飞秒激光光束圆形光斑特征，添加预设半径的外部圆形掩膜，屏蔽所述圆形掩膜外无效区域，获得圆形全息图；

根据离散叠加原理在所述圆形全息图上添加中心正多边形掩膜图形；

计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点的相位值；

将所述相位值转换为灰度值，并生成所述手性多瓣微结构的全息图。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点的相位值，包括：

选取所述中心正多边形掩膜图形的任意一个顶点作为起始参考点；

计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点与所述起始参考点的像素距离；

利用所述像素距离，计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述起始参考点的方位角；

根据所述方位角，计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述起始参考点的相位值，并将所述相位值累计到总相位值；

按预设步距更新所述起始参考点得到新的参考点，并根据所述新的参考点重新计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述新的参考点的相位值，将其累计到所述总相位值；循环此步骤，直到所述新的参考点返回到所述起始参考点，则得到的所述总相位值即为所述中心正多边形掩膜图形外部任一点的相位值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述方位角，计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述参考点的方位角，包括：

若所述中心正多边形掩膜图形外部任一点位于所述参考点的左侧，采用第一计算公式计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述参考点的方位角；

若所述中心正多边形掩膜图形外部任一点位于所述参考点的右侧，采用第二计算公式计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述参考点的方位角。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离散外扩的手性多瓣微结构经过所述显影液的毛细力作用后，得到离散态或组装态的手性多瓣微结构，包括：

当所述离散外扩的手性多瓣微结构的高度高于预设高度时，所述离散外扩的手性多瓣微结构经过所述显影液的毛细力作用后，得到组装态的手性多瓣微结构；

当所述离散外扩的手性多瓣微结构的高度低于预设高度时，所述离散外扩的手性多瓣微结构经过所述显影液的毛细力作用后，仍为离散态的手性多瓣微结构。

5.一种手性多瓣微结构的制备装置，其特征在于，所述装置包括：

全息图计算单元，用于计算手性多瓣微结构的全息图；

第一获取单元，用于根据所述全息图，使用飞秒全息加工系统对光刻胶材料样品进行加工，得到待显影手性多瓣微结构样品；

第二获取单元，用于将所述待显影手性多瓣微结构样品放入显影液中进行显影，得到离散外扩的手性多瓣微结构；

第三获取单元，所述离散外扩的手性多瓣微结构从所述显影液取出后，经过表面残存的所述显影液的毛细力作用后内拢，得到离散态或组装态的手性多瓣微结构；

其中，全息图计算单元包括：

第一设置子单元，设置所述手性多瓣微结构的方形全息图的像素尺寸，对所述方形全息图进行网格划分，定义所述方形全息图上各点的像素坐标，并初始化各像素点的总相位值；

第二设置子单元，用于根据所述方形全息图的像素尺寸和飞秒激光光束圆形光斑特征，添加预设半径的外部圆形掩膜，屏蔽所述圆形掩膜外无效区域，获得圆形全息图；

掩膜图形获取子单元，用于根据离散叠加原理在所述圆形全息图上添加中心正多边形掩膜图形；

相位值计算子单元，用于计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点的相位值；

全息图获取子单元，用于将所述相位值转换为灰度值，并生成所述手性多瓣微结构的全息图。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述相位值计算子单元包括：

参考点选取子单元，用于选取所述中心正多边形掩膜图形的任意一个顶点作为起始参考点；

像素距离计算子单元，用于计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点与所述起始参考点的像素距离；

方位角计算子单元，用于计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述起始参考点的方位角；

相位值计算子单元，用于根据所述方位角，计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述起始参考点的相位值，并将所述相位值累计到所述总相位值；

相位值获取子单元，按预设步距更新所述起始参考点得到新的参考点，并根据所述新的参考点重新计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述新的参考点的相位值，将其累计到所述总相位值；循环此步骤，直到所述新的参考点返回到所述起始参考点，则得到的总相位值即为所述中心正多边形掩膜图形外部任一点的相位值。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述方位角计算子单元包括：

左侧方位角计算单元，用于若所述中心正多边形掩膜图形外部任一点位于所述参考点的左侧，采用第一计算公式计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述参考点的方位角；

右侧方位角计算单元，用于若所述中心正多边形掩膜图形外部任一点位于所述参考点的右侧，采用第二计算公式计算所述中心正多边形掩膜图形外部任一点相对于所述参考点的方位角。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第三获取单元包括：

组装态获取子单元，用于当所述离散外扩的手性多瓣微结构的高度高于预设高度时，所述离散外扩的手性多瓣微结构经过所述显影液的毛细力作用后，得到组装态的手性多瓣微结构；

离散态获取子单元，用于当所述离散外扩的手性多瓣微结构的高度低于预设高度时，所述离散外扩的手性多瓣微结构经过所述显影液的毛细力作用后，仍为离散态的手性多瓣微结构。

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