[發(fā)明專利]一種反射式體全息布拉格光柵紫外曝光的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210360192.8
• 申請(qǐng)日: 2012-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN102902002A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉崇;葉志斌;葛劍虹;項(xiàng)震
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B5/18
• 分類號(hào): G02B5/18;G03F7/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種反射式體全息布拉格光柵紫外曝光的方法。

背景技術(shù)

光柵作為一種重要的光學(xué)器件，按照光柵結(jié)構(gòu)分類，可以將其分為平面光柵和體全息光柵兩種，這主要是根據(jù)記錄在介質(zhì)中的光柵厚度與記錄的干涉條紋間距相比較而言的。當(dāng)兩相干光束在介質(zhì)內(nèi)相互作用，形成三維光柵狀全息圖，便將其稱之為體全息光柵。體全息光柵有著很多平面光柵無(wú)法取代的優(yōu)點(diǎn)，例如通過改變體全息光柵的厚度和光柵的空間頻率的體全息布拉格光柵可以獲得極高的光譜選擇性和角度選擇性。近年來(lái)研究的光熱折變PTR（photo-thermo?-refractive)?玻璃，克服了以往的各種研究中采用的諸如光折變晶體LiNbO₃、聚合物、重鉻酸鉀凝膠等多種光敏介質(zhì)的缺點(diǎn)，具有在強(qiáng)激光輻照下仍然堅(jiān)固耐用不損壞、變形小的極具使用意義的優(yōu)越特性，從而使得體全息布拉格光柵的廣泛應(yīng)用成為可能。

體全息布拉格光柵的刻寫一般通過兩個(gè)步驟完成，第一步是紫外曝光，即通過兩束激光照射并相互干涉以后形成干涉條紋，將PTR玻璃放置在干涉條紋的位置，使得材料特性發(fā)生周期性變化，形成體光柵“潛相”；第二步是對(duì)紫外光照后的PTR玻璃進(jìn)行微晶化熱處理工藝，從而形成折射率永久調(diào)制的體全息布拉格光柵。紫外曝光的過程決定了體全息布拉格光柵的空間頻率和布拉格角，從而最終決定了光柵的最終特性。

現(xiàn)有的對(duì)于體全息布拉格光柵進(jìn)行紫外曝光的方法一般是采用馬赫—曾德干涉法，就是將一束紫外激光分成等光強(qiáng)的兩束，然后再使兩束激光在空間重疊后干涉，從而形成干涉條紋。通過調(diào)整兩束光的夾角來(lái)改變干涉條紋的空間頻率，通過調(diào)整光柵材料放置的角度來(lái)改變布拉格角。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是適用范圍廣，無(wú)論是反射式體全息布拉格光柵還是透射式體全息布拉格光柵都可以用這種方法進(jìn)行曝光，缺點(diǎn)是裝置復(fù)雜，改變某一光柵參數(shù)后需要對(duì)整個(gè)裝置多處進(jìn)行調(diào)節(jié)。

提出一種反射式體全息布拉格光柵紫外曝光的方法，這種方法專門針對(duì)反射式體全息布拉格光柵而設(shè)計(jì)，通過在光柵材料的后表面鍍高反射膜，從而只用一束紫外激光照射光柵材料就可以在光柵材料內(nèi)部形成干涉條紋，不再需要將紫外激光分為兩束然后再干涉，從而大大簡(jiǎn)化了紫外曝光裝置，而且使用這種方法后，可以非常方便地調(diào)節(jié)光柵參數(shù)，從而獲得不同特性的反射式體全息布拉格光柵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種反射式體全息布拉格光柵紫外曝光的方法。

反射式體全息布拉格光柵紫外曝光的方法包括以下步驟：

（1）將待曝光的光柵材料3的表面進(jìn)行拋光，使光柵入射面4和光柵出射面5的表面粗糙度達(dá)到R_a?<?0.01μm，R_a為輪廓算術(shù)平均偏差，光柵入射面4與光柵出射面5平行或者光柵入射面4與光柵出射面5之間的夾角β為1～20度；

（2）在光柵出射面5上鍍有紫外光波段反射率大于90%的高反射膜；

（3）用一束平行的紫外光1從光柵入射面4照射光柵材料3，紫外光1入射至光柵材料3內(nèi)部后到達(dá)光柵出射面5，被光柵出射面5上的高反射膜反射，反射的紫外光2在光柵材料3內(nèi)部和入射的紫外光1進(jìn)行干涉，從而形成了強(qiáng)度周期性變化的干涉條紋6；

（4）干涉條紋6周期Λ?=?λ?/?(2?n?sinα)，其中，λ為入射紫外光的波長(zhǎng)，n為光柵材料的折射率，α為光柵材料3內(nèi)入射的紫外光1和光柵出射面5的夾角；

（5）保持入射的紫外光1和光柵材料3的位置，使干涉條紋6在光柵材料3內(nèi)部保持5分鐘至1小時(shí)，光柵材料3的特性發(fā)生了周期性變化，體全息布拉格光柵的周期和干涉條紋的周期一致，至此紫外曝光過程結(jié)束；

所述的光柵材料3為光熱折變PTR玻璃或光折變晶體。所述的紫外光波段反射率大于90%的高反射膜為介質(zhì)膜或金屬膜。所述的介質(zhì)膜的材料為氧化鉿，金屬膜的材料為鋁。

本發(fā)明的紫外曝光方法專門針對(duì)反射式體全息布拉格光柵而設(shè)計(jì)，通過在光柵材料的后表面鍍高反射膜，從而只用一束紫外激光照射光柵材料就可以在光柵材料內(nèi)部形成干涉條紋，不再需要將紫外激光分為兩束然后再干涉，從而大大簡(jiǎn)化了紫外曝光裝置。同時(shí)，由于不需要將入射激光分為兩束，所以在相同的入射功率條件下，形成干涉條紋的對(duì)比度更高，使得形成的體全息布拉格光柵的折射率調(diào)制度更高，可以獲得更高的衍射效率。而且使用這種方法后，可以非常方便地調(diào)節(jié)光柵的周期和傾斜角等參數(shù)，從而獲得不同特性的反射式體全息布拉格光柵。