[發明專利]基于PET的曲面亞波長光柵的制作方法

無效

• 申請號: 200910117139.3
• 申請日: 2009-06-24
• 公開（公告）號: CN101576627A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發明（設計）人: 王旭迪;盧景景;金傳山;金建
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G02B1/04
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及一種亞波長光柵的制作方法，屬于光柵制作技術領域。

背景技術

亞波長光柵是比光的波長小一個周期的光柵，可以作為制止大范圍光譜中不需要的反射的抗反射面，選擇合適的材料和方法高效率地制作高質量，高表面精度的光柵具有重大意義。

目前較為成熟的光柵制作材料有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和SU-8膠。

聚甲基丙烯酸甲酯PMMA具有優越的光學性能，是一種高度透明的熱塑性塑料，它具有良好的電性能和耐化學腐蝕能力，在光柵的制作方面有一定的應用。但是，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的表面硬度不高，抗沖擊性能低，成型流動性能差，冷卻速度快，制品易產生內應力，因此，以PMMA加工光學產品存在著一定的局限性。

SU-8膠是一種光刻膠，是一種負型膠。它有良好的光敏性，尤其是在紫外光波段具有很低的吸收率。SU-8膠本身也具有良好的力學性能，可以直接用來作為微光學元件。但是，SU-8膠去膠非常困難，它具有非常好的化學穩定性，所以一般有機溶劑都不起作用，這一性質也制約著它的使用。

聚對苯二甲酸乙二醇酯PET是一種高度結晶性的聚合物。它具有較低的玻璃化溫度，因此可以允許較低的熱壓印溫度。PET具有較低的剛性和表面能，可以方便脫模。但是，這種材料通常是應用在汽車工業，電器元件，流體食品包裝領域，迄今為止，PET并沒有應用在光柵的制作領域。

曲面光柵具有平面光柵和透鏡兩種光學器件的功能，可以簡化光路，提高光學器件的制作效率，降低成本，在一些由發達國家開發的光學位移傳感器中都有用到曲面光柵，這些傳感器可以用在工業生產中電磁場較強的場所，能替代現有容易受電磁信號干擾電磁式位移傳感器，在環境較為惡劣的場所使用，具有很寬的應用前景。然而傳感器的應用要求曲面上的光柵圖形比較理想，圓度比較高，這給實際的傳感器制作帶來不可解決的難題。關于曲面光柵的制作，目前國內還無法直接在曲面上刻劃光柵，并且直接刻劃法很難到達光學級別的精度，而通過將制得的平面光柵彎曲粘貼到曲面上的方法得到的曲面光柵容易產生褶皺，影響光柵的質量。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的技術問題，提供一種基于PET的曲面亞波長光柵的制作方法，選用現有的PET材料為基片，利用熱壓印的方法制作平面光柵，然后再將基片彎曲粘到曲面上來獲得曲面光柵。由于PET具有良好的流動成型性，使得基于PET的曲面光柵制作過程簡單、方便，光柵質量好，條紋清楚，提高制作效率，降低成本。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

本發明基于PET的曲面亞波長光柵的制作方法的特點是按如下步驟進行：

a、利用全息光刻系統在硅襯底表面UVIII膠層上制作亞波長光柵圖形，形成圖形轉移膠層，以所述圖形轉移膠層作為刻蝕掩模，利用刻蝕機執行反應離子深刻蝕，將所述亞波長光柵圖形轉移到硅襯底上，再去除圖形轉移膠層得到光柵硅模版；

b、將PET片材切割成所需要的形狀并清洗得到PET基片，所述PET基片與光柵硅模版在真空環境中，共同加熱到90℃后，繼續以90℃烘烤20分鐘；

c、在真空環境、90℃、施加2Mpa的壓印壓力，將所述光柵硅模版壓入經加熱軟化的PET基片，保持環境條件及壓印壓力10分鐘；

d、在壓印壓力沒有撤走之前開始降溫，當溫度降到30度時，分離光柵硅模版和PET基片，得到PET平面亞波長光柵基片；

e、用膠粘劑將步驟c所得PET平面亞波長光柵基片粘貼在曲面上，且光柵圖形向外，膠粘劑固化即得到基于PET的曲面亞波長光柵。

本發明方法的特點也在于：

在所述步驟a中采用SF₆、C₄F₈和O₂的混合氣體作為刻蝕氣體，所述刻蝕氣體按體積比的SF₆∶C₄F₈∶O₂為35∶85∶10。

所述步驟e中的膠粘劑采用雙組份膠粘劑DG-4。

本發明光柵為周期小于光波長一個周期的亞波長光柵。

與已有技術相比，本發明有益效果體現在：

1、本發明在光柵的制作材料上選擇了流動性良好的PET，大大改善了聚合物的填充效果，并且PET具有較低的表面能，方便脫模，提高了光柵的表面精度；采用熱壓印技術，大大改善了制作光柵的質量；