[發明專利]一種基于重力場加工閃耀光柵的方法

在審

• 申請號: 202110363795.2
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113031141A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 高國涵;杜俊峰;邊疆;雷柏平;李志煒;劉鑫;毛丹波;殷家家;汪利華;羅倩
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

本發明提供了一種基于重力場加工閃耀光柵的方法，該方法分解為定位側壁加工、膠液澆筑、傾斜紫外固化和鍍膜4大步驟，包括平面基底、定位側壁、液態紫外膠、固態紫外膠、紫外光源、反射膜層；其中平面基底作為基底支撐定位側壁并盛裝液態紫外膠，在平面基底表面通過光刻、刻蝕、切削、打印等方式精密加工定位側壁。將平面基底傾斜特定角度并利用紫外光源對液態紫外膠進行固化使其成為固態紫外膠，最后在固態紫外膠表面鍍制反射膜層。

技術領域

本發明屬于微細光學加工領域，具體涉及一種基于重力場加工閃耀光柵的方法。

背景技術

在微細光學加工領域，閃耀光柵通常采用金剛石切削或直寫光刻的方式制作。金剛石切削只能在較軟的金屬等材料表面加工，存在加工精度不足、表面粗糙度較高、切削頭壽命較短等缺點。直寫光刻采用激光束變劑量灰度曝光在光刻膠層中形成準連續面形微浮雕，存在加工效率低、成本高、材料選擇受限等缺點。

發明內容

為了克服現有閃耀光柵加工技術存在的缺點，本發明提供一種基于重力場加工閃耀光柵的方法。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：

本發明一種基于重力場加工閃耀光柵的方法，所述的方法分解為定位側壁加工、膠液澆筑、傾斜紫外固化和鍍膜4大步驟，該方法利用的裝置包括平面基底、定位側壁、液態紫外膠、固態紫外膠、紫外光源、反射膜層；該方法過程為：所述的平面基底作為基底支撐定位側壁并盛裝液態紫外膠，在平面基底表面通過光刻、刻蝕、切削、打印等方式精密加工定位側壁。將平面基底傾斜特定角度并利用紫外光源對液態紫外膠進行固化使其成為固態紫外膠，最后在固態紫外膠表面鍍制反射膜層。

所述的平面基底平面度優于10μm，材料選擇包括但不限于玻璃、石英、鋁合金、不銹鋼等。所述的平面基底的表面要求潔凈且具有較低的表面粗糙度RMS低于100nm。

所述的定位側壁位于平面基底的表面并平行于光柵方向，材料選擇可以是基底材料本身，也可以是聚合物包括但不限于SU-8光刻膠。定位側壁具有亞微米級定位精度，通過光刻或機械切削方式加工，其周期與閃耀光柵的設計周期一致，高度與周期的比值由閃耀角決定，寬度在工藝允許范圍內盡量小。值得注意的是，在平面基底表面垂直于光柵方向的兩邊也各有相同高度的側壁用于防止液態紫外膠溢出。

所述的液態紫外膠通過澆注方式盛裝在平面基底和定位側壁圍成的封閉區域內且液面與定位側壁上表面齊平，材料選擇包括但不限于NOA61紫外膠。根據定位側壁的表面特性合理選擇或改性液態紫外膠使其浸潤角接近90°。

所述的液態紫外膠在平面基底傾斜后受重力作用將多余膠液順傾斜方向溢出，膠液表面始終維持水平，傾斜角度由閃耀角決定。合理選擇傾斜工裝夾具，隔絕振動源，保持膠液液面靜止。紫外光源的波長與液態紫外膠的吸收波長保持一致，典型吸收波長為365nm，光源照度均勻性優于90％，能量密度不低于10mW/cm²。

所述的固體紫外膠由液態紫外膠轉變而成，在紫外光照下分子鏈發生聚合交聯反應，逐漸由液態轉為固態。液態紫外膠不含溶劑，轉化為固態紫外膠后體積不發生變化，面形也不發生變化。

所述的反射膜層通過真空物理沉積的方式在固態紫外膠表面鍍制而成，材料包括但不限于金、銀、鋁、鉻、硅等。反射膜層的材料和厚度等參數由閃耀光柵設計參數決定。

所述的方法工作流程如下：首先通過機械拋光等方式得到平面基底，接著利用切削、光刻、打印等方式在平面基底表面加工定位側壁，然后澆筑液態紫外膠并傾斜紫外固化，最后在固態紫外膠表面鍍制反射膜層。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)本發明相比金剛石切削加工而言，可以改善加工表面的光潔度，提高微觀形貌加工精度，克服切削頭壽命較短的問題。