[發(fā)明專(zhuān)利]一種高密度無(wú)機(jī)材料光柵的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710018545.5
• 申請(qǐng)日: 2007-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101165514A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙高揚(yáng);王哲哲
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02B5/18
• 分類(lèi)號(hào): G02B5/18
• 代理公司: 西安弘理專(zhuān)利事務(wù)所
• 代理人: 羅笛;談耀文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高密度無(wú)機(jī)材料光柵的制備方法，具體涉及結(jié)合激光干涉法和化學(xué)刻蝕法的無(wú)機(jī)材料光柵的制備方法。

背景技術(shù)

高密度光柵是微光學(xué)中的一種重要的光學(xué)元件，可廣泛應(yīng)用于光譜學(xué)、計(jì)量學(xué)、集成光學(xué)、信息處理及光通信等領(lǐng)域，對(duì)于提高光學(xué)元器件的分辨率，實(shí)現(xiàn)集成化具有重要意義。

目前，制備高密度光柵的方法很多，傳統(tǒng)的方法包括機(jī)械刻劃和化學(xué)刻蝕等，這些方法一般精度較低且難以制備亞微米高密度光柵。隨著新型有機(jī)感光材料的發(fā)展，結(jié)合激光干涉技術(shù)在亞微米級(jí)光柵的制備方面獲得了很大進(jìn)展。但是有機(jī)光柵在耐蝕、抗輻射、抗老化等方面受到諸多限制，在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些難題需要解決。與有機(jī)材料相比，無(wú)機(jī)材料光柵在耐蝕、抗輻射、穩(wěn)定性等方面則具有明顯優(yōu)勢(shì)。

目前采用離子刻蝕或飛秒激光刻蝕等方法可以成功地制備無(wú)機(jī)材料光柵，但是這些方法本身技術(shù)難度大、成本高，工藝持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，并且制備的光柵邊緣規(guī)整度差。

為了降低成本，一些學(xué)者研究并發(fā)展了一些基于溶膠-凝膠工藝的微細(xì)加工方法，如納米壓印法(nano-imprint?lithography)和軟式刻印法(softlithography)等，這些方法一般通過(guò)接觸壓印或者毛細(xì)現(xiàn)象等結(jié)合熱處理工藝制備亞微米級(jí)無(wú)機(jī)光柵，制備的光柵面積小，而且在脫模過(guò)程中很容易造成圖形的變形和失真。

感光溶膠-凝膠法是另一類(lèi)基于溶膠-凝膠工藝的微細(xì)加工方法，該方法通過(guò)在溶膠的制備工藝過(guò)程中添加一些二酮類(lèi)感光劑合成有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合感光材料，結(jié)合激光干涉技術(shù)可以制備傳統(tǒng)方法難以獲得的亞微米級(jí)無(wú)機(jī)光柵，極大地提高了光柵的壽命和使用范圍。但是這種方法目前存在的問(wèn)題在于，制備的光柵溝槽深度很小，導(dǎo)致其深寬比較小，因此制備出的光柵的衍射效率很低，難以達(dá)到實(shí)用化要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高密度無(wú)機(jī)材料光柵的制備方法，基于感光溶膠-凝膠法，將激光干涉法和化學(xué)刻蝕法相結(jié)合，可制備出具有高衍射效率的高密度無(wú)機(jī)材料光柵。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種高密度無(wú)機(jī)材料光柵的制備方法，按以下步驟進(jìn)行，

a.采用感光溶膠-凝膠法制備感光薄膜

以金屬化合物、酮類(lèi)或二酮類(lèi)化合物為出發(fā)原料，采用溶膠-凝膠法制備具有紫外感光性的含金屬螯合物的凝膠薄膜，通過(guò)提拉，旋涂等方法將凝膠薄膜涂在硅基底上；

b.采用激光干涉法制備高密度光柵，并使之轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)材料光柵

采用紫外激光器作為光源，使兩束滿(mǎn)足干涉條件的平行光以相同的角度照射到步驟a得到的感光凝膠薄膜表面，使之產(chǎn)生干涉條紋，干涉曝光后，將凝膠薄膜和基板浸入有機(jī)溶劑中，未光照區(qū)域在有機(jī)溶劑中完全溶解，光照區(qū)域則保留下來(lái)，從而得到凝膠薄膜光柵；

進(jìn)一步在大氣環(huán)境下，將凝膠薄膜光柵進(jìn)行熱處理，使之轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)材料光柵；

c.對(duì)無(wú)機(jī)材料光柵進(jìn)行化學(xué)刻蝕

配制硅的各向異性化學(xué)刻蝕劑，攪拌至澄清，將上步得到的無(wú)機(jī)材料光柵浸入刻蝕劑中，在超聲波中進(jìn)行刻蝕，得到一個(gè)表面被無(wú)機(jī)材料薄膜覆蓋的硅槽光柵；

d.將上步刻蝕后的光柵進(jìn)行表面鍍金處理，即完成制備過(guò)程。

本發(fā)明基于感光溶膠-凝膠法，將激光干涉法和化學(xué)刻蝕法相結(jié)合，首先采用激光干涉法制備出高密度無(wú)機(jī)光柵，進(jìn)而利用光柵材料和基板之間存在的刻蝕速率差進(jìn)行化學(xué)刻蝕以增加光柵的溝槽厚度，提高其衍射效率。本發(fā)明結(jié)合了激光干涉法和化學(xué)刻蝕法的優(yōu)點(diǎn)，可制備出高密度、高衍射效率的無(wú)機(jī)材料光柵，且工藝簡(jiǎn)單，成本較低，對(duì)于高密度光柵的實(shí)用化具有重要意義。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明方法制備高密度光柵的過(guò)程示意圖；

圖2是激光干涉法制備高密度光柵的流程示意圖；

圖3是高密度無(wú)機(jī)薄膜光柵刻蝕后的原子力(AFM)掃描照片，其中，a為AFM三維掃描照片，b為沿a中所畫(huà)線(xiàn)段ab的斷面輪廓掃描照片。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明涉及高密度無(wú)機(jī)材料光柵的制備方法，首先采用感光溶膠-凝膠法制備感光薄膜，進(jìn)而采用激光干涉法制備高密度光柵，結(jié)合熱處理工藝獲得無(wú)機(jī)薄膜光柵，接著采用化學(xué)刻蝕法以提高光柵的深寬比，最后對(duì)光柵進(jìn)行表面鍍金處理。如圖1所示，具體按以下步驟進(jìn)行，

a.采用感光溶膠-凝膠法制備感光薄膜