[發明專利]一種凸面雙閃耀光柵的制作方法

無效

• 申請號: 201210035307.6
• 申請日: 2012-02-16
• 公開（公告）號: CN102540301A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 劉全;吳建宏;陳明輝
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G03F7/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮;李辰

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。

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(blaze)，這種光柵稱為閃耀光柵。閃耀使得光柵的衍射效率得到極大的提高。閃耀光柵一般又分為平面閃耀光柵和凸面閃耀光柵。其中凸面閃耀光柵是將閃耀光柵制作于球冠狀凸面基片或者圓柱狀凸面基片之上，由于球冠狀凸面閃耀光柵由于具有高效率優勢，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1表面涂布光刻膠2，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3，再以此為光柵掩模，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，將光刻膠刻完后就能在基底材料上得到三角形槽形4。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。

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閃耀角控制。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刻膠光柵掩模槽形，故在實現閃耀角控制時存在較大的困難。

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刻膠光柵掩模槽形的，故在凸面基片上實現閃耀光柵結構時困難更大。

因此，有必要尋求一種新的制作凸面閃耀光柵的方法，解決上述問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種能夠精確控制雙閃耀角的凸面雙閃耀光柵的制作方法。該凸面雙閃耀光柵的兩個閃耀角分別是A閃耀角和B閃耀角，雙閃耀光柵分為兩個區，對應A閃耀角的為A光柵區，對應B閃耀角的為B光柵區。

該制作方法包括步驟：

1)在基片上涂布光刻膠；

2)對所述光刻膠層進行干涉光刻，形成光刻膠光柵；