[發(fā)明專利]一種高損傷閾值的多層介質(zhì)膜矩形衍射光柵制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011420469.2
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112596137B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程鑫彬;謝凌云;張占一;王占山
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學(xué)
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G03F7/00
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 翁惠瑜

本發(fā)明涉及一種高損傷閾值的多層介質(zhì)膜矩形衍射光柵制備方法，包括以下步驟：鍍制多層介質(zhì)膜；在Si片上刻蝕制備出與目標矩形光柵結(jié)構(gòu)相反的矩形Si光柵母版；利用軟材料模板轉(zhuǎn)移矩形Si光柵母版的圖案；使用紫外納米軟壓印技術(shù)，通過軟材料模板在多層介質(zhì)膜上形成與目標矩形光柵結(jié)構(gòu)相反的光刻膠光柵；使用原子層沉積工藝在所述光刻膠光柵上沉積構(gòu)成光柵的薄膜；去除多余薄膜和光刻膠，形成需要的矩形光柵結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)光柵刻蝕工藝造成的梯形光柵結(jié)構(gòu)，解決了梯形光柵結(jié)構(gòu)偏差引起的光柵內(nèi)電場增強效應(yīng)加劇，避免了因刻蝕過程中離子束轟擊在介質(zhì)光柵側(cè)壁產(chǎn)生吸收缺陷，提高介質(zhì)多層膜衍射光柵的激光損傷閾值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納光學(xué)器件制造領(lǐng)域，涉及一種光柵制備方法，尤其是涉及一種高損傷閾值的多層介質(zhì)膜矩形衍射光柵制備方法。

背景技術(shù)

基于啁啾脈沖放大技術(shù)的超強、超短脈沖激光器的發(fā)展為開展極端物理條件下物質(zhì)相互作用的研究提供了基礎(chǔ)，可以推動生命科學(xué)、核物理、高能物理和天體物理等領(lǐng)域的發(fā)展和變革。衍射光柵是啁啾脈沖放大技術(shù)中的核心元件，目前介質(zhì)多層膜衍射光柵相比于傳統(tǒng)的金屬衍射光柵，彌補了金屬材料吸收對抗激光損傷能力上所存在的劣勢，逐漸占據(jù)應(yīng)用于高能激光系統(tǒng)中的衍射光柵的主流位置。然而介質(zhì)衍射光柵內(nèi)電場增強效應(yīng)引發(fā)的激光損傷仍然是限制高能激光系統(tǒng)最終輸出能量的關(guān)鍵性瓶頸。

目前大面積光柵制備的主流技術(shù)是以全息光刻與離子束刻蝕相結(jié)合的工藝，在刻蝕過程中的刻面效應(yīng)和再沉積現(xiàn)象會影響矩形光柵結(jié)構(gòu)，光柵結(jié)構(gòu)側(cè)壁角度逐漸減小造成制備的光柵結(jié)構(gòu)偏離設(shè)計值，導(dǎo)致光柵結(jié)構(gòu)趨向于梯形結(jié)構(gòu)。J.Neauport等多人的研究已經(jīng)表明，多層介質(zhì)膜衍射光柵的初始損傷位于光柵結(jié)構(gòu)側(cè)壁，此位置也是電場增強最大值的所在。劉世杰等人的數(shù)值計算指出刻蝕過程對矩形光柵結(jié)構(gòu)的破壞將會對電場增強有影響，矩形光柵結(jié)構(gòu)內(nèi)的電場增強會隨著結(jié)構(gòu)的側(cè)壁角度的減小而增大(即刻蝕過程中，矩形光柵演變成梯形光柵，會加劇光柵結(jié)構(gòu)內(nèi)電場增強)。總而言之，矩形光柵退化成梯形光柵會對光柵的損傷閾值有極大的削弱。

此外在傳統(tǒng)光刻與刻蝕相結(jié)合的制備工藝過程中，刻蝕中離子束對側(cè)壁的轟擊往往會發(fā)生氧原子優(yōu)先濺射，而引發(fā)非化學(xué)計量比吸收缺陷，產(chǎn)生亞表面損傷的光柵側(cè)壁位置恰好也是電場增強峰值所處的位置，兩者共同作用，降低了光柵的抗激光損傷能力。

因此，針對傳統(tǒng)刻蝕工藝中的刻面效應(yīng)、再沉積效應(yīng)對矩形光柵結(jié)構(gòu)的破壞和離子束轟擊在電場增強峰值所處的光柵側(cè)壁引起的吸收缺陷等因素對光柵抗激光損傷的不利影響，有必要改進現(xiàn)有工藝。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服傳統(tǒng)光柵制備方法對具有高損傷閾值矩形光柵的制備困難和不足而提供一種高損傷閾值的多層介質(zhì)膜矩形衍射光柵制備方法，減小光柵的矩形結(jié)構(gòu)形狀偏差引起的電場增強，同時避免了傳統(tǒng)工藝中離子束對介質(zhì)光柵側(cè)壁(電場增強峰值所在位置)的轟擊引起的吸收缺陷，從而提高多層膜介質(zhì)膜衍射光柵的損傷閾值。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種高損傷閾值的多層介質(zhì)膜矩形衍射光柵制備方法，包括以下步驟：

鍍制多層介質(zhì)膜；

在Si片上刻蝕制備出與目標矩形光柵結(jié)構(gòu)相反的矩形Si光柵母版；

利用軟材料模板轉(zhuǎn)移所述矩形Si光柵母版的圖案；

使用紫外納米軟壓印技術(shù)，通過軟材料模板在所述多層介質(zhì)膜上形成與目標矩形光柵結(jié)構(gòu)相反的光刻膠光柵；

使用原子層沉積工藝在所述光刻膠光柵上沉積構(gòu)成光柵的薄膜；

去除多余薄膜和光刻膠，獲得多層介質(zhì)膜矩形衍射光柵。

進一步地，采用離子束輔助電子束蒸發(fā)鍍膜法鍍制所述多層介質(zhì)膜。

進一步地，使用全息光刻技術(shù)與反應(yīng)離子束刻蝕技術(shù)在Si片上刻蝕制備出所述矩形Si光柵母版。