[發明專利]一種制作凸面雙閃耀光柵的方法

有效

• 申請號: 201010126045.5
• 申請日: 2010-03-17
• 公開（公告）號: CN101799569A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 劉全;汪海賓;吳建宏;胡祖元;陳新榮;李朝明
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G03F7/20;G02B27/60
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種衍射光學元件的制備方法，具體涉及一種凸面雙閃耀光柵的制備方法。

背景技術

光柵是一種應用非常廣泛而重要的一種高分辨率的色散光學元件，在現代光學儀器中占有相當重要的地位。1995年，意大利Galileo?Avioniea公司用凸面光柵代替Offner中繼光學系統中的凸面反射鏡，研制出了世界上第一臺凸面光柵超光譜成像儀系統，此后，凸面光柵成為了成像光譜儀的核心器件。

眾所周知，單個柵縫衍射主極大方向實際上既是光線的幾何光學傳播方向，也是整個多縫光柵的零級方向，它集中著光能，而又不能把各種波長分開，而實際應用中則偏重于將盡可能多的光能集中在某一特定的級次上。為此需要將衍射光柵刻制成具有經過計算確定的槽形，使單個柵槽衍射的主極大方向(或光線幾何光學傳播方向)與整個光柵預定的衍射級次方向一致，這樣可使大部分光能量集中在預定的衍射級次上。從這個方向探測時，光譜的強度最大，這種現象稱為閃耀，這種光柵稱為閃耀光柵。閃耀使得光柵的衍射效率得到大大的提高。

閃耀光柵雖然有著很多的優點，但是在寬波段上，如從紫外到紅外波段都想獲得較高的衍射效率，還是很困難，為此，出現了雙閃耀光柵產品，以實現寬波段內，均有較高的、均勻的衍射效率。凸面雙閃耀光柵由于具有寬波段的高效率優勢，非常適宜于成像光譜儀應用，具有非常廣闊的市場前景。

現有技術中，閃耀光柵的主要制作方法有以下幾類：

A.機械刻劃

機械刻劃是用金剛石刻刀在金、鋁等基底材料上刻劃出光柵的方法，早期的閃耀光柵大多用該方法制作。然而，機械刻劃光柵會產生鬼線，表面粗糙度及面形誤差大，嚴重降低了衍射效率。

B.全息曝光顯影

通過全息曝光顯影在光刻膠上制作閃耀光柵的方法源于20世紀60-70年代。Sheriden發明了駐波法，通過調整基片與曝光干涉場之間的角度，在光刻膠內形成傾斜的潛像分布，顯影后就能得到具有一定傾角的三角形光柵。Schmahl等人提出了Fourier合成法，把三角槽形分解為一系列正弦槽形的疊加，依次采用基波條紋、一次諧波條紋等進行多次曝光，經顯影即可獲得近似三角形的輪廓。然而，光刻膠閃耀光柵的槽形較差，閃耀角等參數無法精確控制，因此一直沒有得到推廣。

C.全息離子束刻蝕

離子束刻蝕是一種應用十分廣泛的微細加工技術，它通過離子束對材料濺射作用達到去除材料和成形的目的，具有分辨率高、定向性好等優點。

全息離子束刻蝕閃耀光柵的一般制作工藝如附圖1所示。首先在石英玻璃基底表面涂布光刻膠，經過全息曝光、顯影、定影等處理后，基底上形成表面浮雕光刻膠光柵掩模，再以此為光柵掩膜，進行Ar離子束刻蝕。利用掩模對離子束的遮擋效果，使基底的不同位置先后被刻蝕，光刻膠光柵掩模刻盡后就能在基底材料上得到三角形槽形。離子束刻蝕閃耀光柵具有槽形好，閃耀角控制較精確，粗糙度低等優點，在工程中得到了廣泛應用。

D.電子束直寫

這種方法本質上是一種二元光學方法，將光柵閃耀面用若干個臺階近似，電子束以臺階寬度為步長進行掃描曝光，根據每個臺階高度選擇合適的曝光劑量，顯影后即可得到階梯槽形。顯然，臺階劃分的越細，就越接近于理想的鋸齒形。

然而，由于電子束直寫是逐步掃描的，若要制作面積比較大的光柵，要花費很長的時間和很高的成本，此外由于目前電子束一次直寫區域的尺寸通常不過幾毫米，大面積加工時存在相鄰區域間的接縫誤差(Stitching?error)，其對衍射效率的影響還需要評估。因此該方法適合于為一些小型的原理性實驗提供光柵。

當制作雙閃耀光柵時，需要在相鄰的區域形成兩個不同閃耀角的光柵，并且這兩個區域的光柵周期必須一致。

在上述方法中，機械刻劃法通過變換刻刀、電子束直寫法通過控制曝光的劑量，可以相對容易地實現雙閃耀光柵結構。然而，正如前面所述，采用機械刻劃法制作閃耀光柵時，會產生鬼線，表面粗糙度及面形誤差大，而采用電子束直寫法，制作時間長，成本高，不適用于大面積加工。而對于全息離子束刻蝕法，由于閃耀角是依賴光柵掩模槽形的，故在實現雙閃耀光柵結構時存在較大的困難。

而且在制作凸面閃耀光柵時，上述方法均還需要考慮凸面的影響。一般地，機械刻劃法仍然通過變換刻刀、電子束直寫法通過控制曝光的劑量，可以實現雙閃耀光柵結構。對于全息離子束刻蝕法，由于閃耀角是依賴光柵掩模槽形的，故在凸面基片上實現雙閃耀光柵結構時困難更大。

因此，有必要尋求一種新的制備凸面雙閃耀光柵的方法，解決上述問題。

發明內容