[發明專利]一種光纖傳輸的非絕熱近場光學誘導化學刻蝕方法

無效

• 申請號: 201310066796.6
• 申請日: 2013-03-04
• 公開（公告）號: CN103160830A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 沈正祥;孫曉雁;徐旭東;王曉強;馬彬;王占山
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C23F1/12
• 分類號: C23F1/12;C09K13/00;C03C15/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明涉及量子光學器件制作領域，特別是涉及一種光纖傳輸的非絕熱近場光學誘導化學刻蝕方法。

背景技術

隨著光學與微電子學等的不斷發展,?對關鍵零件表面精度的要求越來越高,?需要達到納米甚至原子級。光學元件的表面加工質量不僅直接影響著器件的使用性能，而且對產品質量、可靠性及壽命也至關重要。常規的超精密光學器件制作技術只能夠獲得亞納米表面精度和表面粗糙度的超光滑表面，元件精度最高可達到面形精度PV?2nm，表面粗糙度RMS?0.2nm?。但這些方法在去除表面為凸起、凹坑和納米級精細劃痕等微缺陷方面都有其不足之處，要么是加工效率不高，要么是其表面粗糙度控制的不夠低，難以進一步降低表面粗糙度獲得無缺陷的超光滑表面。于是，本發明的目的是針對上述問題，設計了一種光纖傳輸非絕熱近場光學誘導化學刻蝕方法，實現無表面損傷的精密光學表面制作方法。?

發明內容

本發明為了保持光化學反應的優勢，減少不必要的機械摩擦，同時為了解決上述問題的不足，從降低表面粗糙度入手，提供了一種光纖傳輸的非絕熱近場光學誘導化學刻蝕方法。該方法可極大地降低表面粗糙度，具有針對性強、品質高、簡單易行的特點。

本發明提出的光纖傳輸的非絕熱近場光學誘導化學刻蝕方法，所述方法通過非絕熱近場光學誘導化學刻蝕裝置實現，所述裝置包括激光器1、快門2、凸透鏡3、光纖4、XYZ平臺5、半導體激光器8、探測器9、探測器位置控制單元10、計算機11、XYZ?平臺控制器12和反應室13，XYZ平臺5上設有反應室13，反應室13一側下部設有減壓器和電磁閥，用于充入氯氣，上部設有擴散泵和冷卻阱，用于排出氣體，激光器1的出光口通過快門2對準凸透鏡3的進光口，凸透鏡3的出光口對準光纖4的進光口，光線經光纖4進入反應室13垂直入射于基板表面，半導體激光器8連接探測器9，探測器9連接探測器位置控制單元10的輸入端，探測器位置控制單元10的輸出端連接計算機11輸入端，用以檢測基板是否平整，計算機11輸出端連接XYZ平臺控制器12，XYZ平臺5通過XYZ平臺控制器12進行控制；具體步驟如下：

(1)對反應室進行排空，隨后充入氯氣，控制氯氣氣壓為10pa-200pa。

(2)用蘸有丙酮的棉簽輕拭基板表面，將擦拭后的基板用40%的HF溶液清洗，隨后用蒸餾水清洗，最后再次用丙酮清洗干凈，隨后放入反應室。

(3)選用波長為300-700nm,功率密度為0.25-0.35????????????????????????????????????????????????的氬離子激光器1作為光源，打開快門2，光線經過凸透鏡3耦合至光纖4。

(4)光線經光纖4進入反應室13垂直入射于基板，此時納米尺度的微結構產生光學近場，導致分子與基板原子進行選擇性光化學反應。一旦粗糙結構消失、光學近場消失、反應也將停止。

(5)半導體激光器8的光線經基板反射到探測器9，通過探測器位置控制單元10后連接到計算機11，以便觀察基板是否平整。

(6)待反應結束、反應室冷卻至室溫后取出刻蝕好的基板。

本發明中，所述的基板可以是光學玻璃，或可以是晶體。

本發明中，所述光纖選用直徑100微米、200微米或者500微米，數值孔徑0.17、0.2或者0.22的漸變型多模石英光纖。

本發明利用基板微結構表面產生光學近場，導致Cl₂分子與微結構表面原子發生光化學反應。其原理是：基板表面分子受熱激發產生電子空穴對，一方面，光電子轉移到氯的自由基（氯原子）而產生氯離子，氯離子擴散到Si的晶格中與之發生反應，而且光產生于Si表面的電場可以使Cl^-擴散加強加快反應。另一方面，對于近場而言，場強是不確定的有一定的空間梯度，分子軌道的改變和分子的極化導致了分子的振動進而產生聲子，此時光子、電子、聲子構成虛擬的EPP(exciton-phonon-polariton)粒子具有很強的能量用以光化學反應的進行。而一旦納米級粗糙結構消失不足以引起分子晶格的振動、光學近場消失、反應也將停止。綜上所述，光纖式非絕熱近場光學誘導光化學刻蝕方法最終可有效地降低光學器件表面粗糙度。

本發明的有益效果如下：

1.?過程中不發生機械接觸，可以有效的去除硅基底表面的微缺陷，降低表面粗糙度，獲得超光滑表面。

2.??可以有效提高加工效率，不需要其他機械輔助設備，光化反應使刻蝕速率加快。