[發明專利]一種超快激光直寫配合激光拋光制備中階梯光柵的方法

有效

• 申請號: 202010124067.1
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111299840B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 任云鵬;葛亮;任旭東;辛志鐸;陸恒;李致宇
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B23K26/352
• 分類號: B23K26/352;B23K26/60;B23K26/70
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本發明公開了一種超快激光直寫配合激光拋光制備中階梯光柵的方法，涉及激光加工領域，包括通過超快激光直寫制備中階梯光柵，使用超快激光對中階梯光柵表面進行拋光；其中，中階梯光柵包括數個依次連接的三角形槽。利用超快激光加工精度高、熱影響區小的優點，在材料表面直寫中階梯光柵粗胚，光柵粗胚槽表面質量差，而超快激光拋光技術能夠對中階梯表面質量進行改善，降低表面粗糙度，提高中階梯光柵的質量。

技術領域

本發明涉及到激光加工領域，尤其涉及到一種超快激光直寫制備中階梯光柵以及激光拋光光柵表面的方法。

背景技術

中階梯光柵作為一種周期在幾十微米到幾百微米的光柵，槽形為三角形，由于其具有大的衍射角、很高的衍射級次、很高的分辨本領以及高的角色散率等特點，在天文高分辨率光譜儀、天文望遠鏡、波分復用器等諸多領域中有著重要的作用，因而對中階梯光柵的制備研究就顯得很有必要。

當前，中階梯光柵的制備方法主要有機械刻劃法、單晶硅濕法刻蝕法、離子束刻蝕法。

機械刻蝕法是利用刻刀在材料表面進行刻劃，使材料發生彈性變形以及塑性變形，加工過程包含犁切、擠壓隆起、成槽、材料回彈與穩定四個階段。然而機械刻劃法對刻刀損傷嚴重，同時刻劃過程中會產生刻劃誤差，對表面質量會有很大影響，成本高，效率低。

單晶硅濕法刻蝕法是利用單晶硅各向異性腐蝕的特點，制備出的光柵面光滑、平整、粗糙度低。然而，濕法刻蝕法需要使用光刻膠和腐蝕液，對環境影響較大。

離子束刻蝕法是利用具有能量的離子束轟擊帶有掩模的固體表面，使掩模上的圖形轉移到固件表面的一種微加工技術。但是離子束加工過程損傷比較嚴重，加工過程需要高真空環境，成本高，加工效率低。

激光直寫技術是一種無需光刻或者掩模便可以對基底直接進行刻蝕的技術。相對于其他幾種制備方法，成本低，效率高，不需使用腐蝕液，清潔無污染，是理想的加工方法。激光直寫法分為單光束直寫法和多光束干涉直寫法。單光束直寫是將激光光束聚焦到待加工工件表面直接刻寫，對設備要求不高。多光束直寫是利用光的干涉原理，在工件表面形成干涉條紋加工周期性結構，但加工尺寸較小，形狀單一，不適合制備幾十微米到幾百微米的微結構，所以本發明選擇單光束直寫法加工中階梯光柵。

制備三角形槽時，通常利用激光與工件表面成一定角度傾斜刻寫，然而實際制備過程中，激光束與工件表面角度太大時，CCD不易接受工件反射光，看不清工件表面，造成加工困難。另外，傾斜刻寫時，由于激光與工件表面呈一定角度刻蝕，在制備等腰三角形槽時難度較大。本發明克服了以上兩個缺點，可以實現不同槽形、不同周期的刻寫。

光柵性能優劣，與光柵表面質量有著密切聯系，使用激光拋光技術有助于提高光柵的表面質量。

激光拋光技術，作為一種新型非接觸式加工技術，靈活性強，在加工中階梯光柵時具有獨特的優越性，不僅可以對材料局部拋光，而且可以對材料整體進行拋光，無需特殊環境，在大氣環境中就可以進行，可對多種材料進行拋光，材料無限制，效率高，柔性強，成本低，工藝簡單。

發明內容

本發明的目的是為了解決三角形槽兩邊斜坡角度不易控制且激光刻寫后光柵表面粗糙度大的問題，克服了單光束傾斜刻寫時不易制備等腰三角形以及激光束與工件表面角度太大時CCD不易接受工件反射光，看不清工件表面的缺點；多條刻蝕線組成一個槽，使光柵的槽形和寬帶靈活可控；利用激光拋光技術對制造的光柵粗胚進行拋光，提高了光柵表面。

本發明的技術解決方案如下：

一種超快激光直寫技術配合激光拋光技術制備中階梯光柵的方法，包括如下步驟：通過超快激光直寫制備中階梯光柵粗胚，使用超快激光對中階梯光柵粗胚的表面進行拋光，得到中階梯光柵。

進一步的，中階梯光柵包括數個依次連接的三角形槽。

進一步的，三角形槽的寬度為幾十到幾百微米。