[發(fā)明專利]一種納米激光器激光合束器件的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310340691.5
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN103457157A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅先剛;王彥欽;王長濤;趙澤宇;沈同圣;羅云飛;胡承剛;黃成;楊磊磊;潘思潔;崔建華;趙波
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號: H01S5/20
• 分類號: H01S5/20;B82Y20/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;李新華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備激光合束器件的方法，尤其涉及納米激光器激光合束器件的制備方法。

背景技術(shù)

1960年第一臺紅寶石激光器的誕生是20世紀(jì)最重要的發(fā)明之一。半個(gè)多世紀(jì)以來，激光器正朝著更小體積、更快調(diào)制速度、更大功率、更高效率、更低成本等方向飛速發(fā)展。2001年，美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的研究人員在只有人類頭發(fā)絲千分之一大小的納米光導(dǎo)線上制造出世界上最小的激光器-氧化鋅納米激光器。這是納米技術(shù)誕生以來的一項(xiàng)重大實(shí)際應(yīng)用。這類納米激光器在信息傳輸?shù)墓饣ミB、生物探測、醫(yī)療、納米光刻加工、數(shù)據(jù)存儲等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

但目前報(bào)道的納米激光器大多普遍存在損耗高、功率低等問題，使其在應(yīng)用方面受到一定的限制。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)僅僅利用單一納米激光器來實(shí)現(xiàn)高功率是非常困難的。因此，為了獲得高功率的激光，采用激光合束的方法是一條較好且實(shí)用的途徑。傳統(tǒng)激光合束主要是基于物質(zhì)對光的色散作用，并且多利用棱鏡或者光柵的色散作用來實(shí)現(xiàn)激光合束的目的。而針對納米激光器與新型人工材料結(jié)構(gòu)的激光合束研究報(bào)道幾乎沒有。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對單個(gè)納米激光器激光功率有限的不足，通過構(gòu)建人工材料結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對激光的空間耦合、傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多束激光的合束來提高納米激光器的激光功率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種納米激光器激光合束器件的制備方法，利用多層膜減薄技術(shù)與涂覆多層膜技術(shù)制備納米激光器激光合束器件的方法，包括下列步驟：

步驟（1）、在已制備得到的曲面溝槽上沉積多層膜，共沉積5-20組，每組由2層膜層組成，每層膜厚=15-30nm，所述多層膜總厚度為150-1200nm，其中金屬Ag層和SiO₂層交替沉積；

步驟（2）、在曲面多層膜上采用涂覆、固化的方法進(jìn)行平坦化，控制平坦化之后的平面高低起伏<10nm，表面粗糙度RMS<2nm；

步驟（3）、對步驟（2）中得到平坦化之后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行多層膜減薄（刻蝕）工藝，通過控制離子束刻蝕機(jī)的束流大小、入射角度、氣體流量與基底溫度等工藝條件，使減薄之后的曲面多層膜的深度<50nm；

步驟（4）、在步驟（3）中得到的減薄之后的曲面多層膜上涂布一層可固化的溶膠層，溶膠層在表面張力與重力的雙重作用下會在曲面多層膜里形成弧面結(jié)構(gòu)，經(jīng)加熱或紫外光照射處理后溶膠層固化；所述溶膠層的厚度為2nm至100nm；

步驟（5）、在步驟（4）中得到的溶膠層上沉積一層金屬Ag膜層，所述金屬Ag膜層的厚度為2nm至100nm；

步驟（6）、在步驟（5）中所沉積的金屬Ag層上交替涂覆固化溶膠層和沉積Ag膜層，得到溶膠層和Ag層交替組成的多層弧面膜層，直到將凹槽填平，即制備得到這種納米激光器激光合束器件。

所述步驟（1）中所制備的曲面多層膜可以通過磁控濺射鍍膜、真空蒸發(fā)蒸鍍、電子束蒸發(fā)鍍膜，也可以采用混合方式鍍膜。

所述步驟（2）中采用的平坦化材料可以為紫外光刻膠、壓印膠也可以為PMMA等聚合物。

所述步驟（3）中打平工藝可以利用RIE、IBE或ICP來實(shí)現(xiàn)。刻蝕所選氣體可以是SF₆、CHF₃或Ar。

所述步驟（4）中涂覆的溶膠層包括SOG或PMMA。

所述步驟（5）中沉積的金屬Ag膜可以利用真空蒸發(fā)沉積也可以利用磁控濺射沉積。

所述步驟（6）中溶膠層與Ag層交替組成的多層弧面膜層的層數(shù)為1-20層。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明可以克服現(xiàn)有單個(gè)納米激光器激光功率有限的不足，通過構(gòu)建人工材料結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對激光的空間耦合、傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多束激光的合束來提高納米激光器的激光功率，同時(shí)，所制備的納米激光器激光合束器件具有結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、容易加工等特點(diǎn)，在一定程度拓展了現(xiàn)有激光合束技術(shù)應(yīng)用范圍。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的流程圖；

圖2為制備的曲面多層膜結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為平坦化之后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為減薄后的曲面多層膜結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為涂覆一層溶膠層后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為在溶膠層上沉積一層金屬Ag層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為反復(fù)涂覆溶膠層-沉積Ag層得到的納米激光器激光合束器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為設(shè)計(jì)的激光合束器件對365nm激光的合束效果模擬光場分布圖；