[發明專利]一種制備薄膜光柵的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110941988.1
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113640907B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 齊躍峰;王玉琳;鄭宸;郭星辰;魏林特;夏超然
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 周勝欣

本發明涉及一種制備薄膜光柵的裝置及方法，屬于光柵制備技術領域，所述裝置包括夾持薄膜兩端的夾持機構，夾持機構之間固定設置兩根限位柱，且限位柱與薄膜的一側相切，薄膜的另一側、垂直于薄膜的方向上設置應力施加機構，夾持機構、限位柱和應力施加機構均設置于作業平臺上；所述方法為制備薄膜后通過應力施加件對其施加應力，再利用等離子體處理技術對薄膜進行處理后緩慢釋放應力，制備得到薄膜光柵。本發明的制備裝置結構簡單，易于實現，可以一次性將多根薄膜安裝在有多個限位槽的薄膜夾具中，采用一個階梯狀應力施加件，實現同時制備多根不同周期和振幅的光柵，適用于大批量制備多周期和振幅薄膜光柵。

技術領域

本發明涉及一種制備薄膜光柵的裝置及方法，屬于光柵制備技術領域。

背景技術

光柵作為一種重要的光學元件，被廣泛應用于光譜分析、光通信、集成光學、信息處理、光學測量等領域中。隨著微納加工技術的飛速發展，光柵制備工藝也取得了顯著進步。目前常用的光柵制備工藝主要有光刻技術和自組裝技術。由于光刻技術成本過高，不適合大面積大批量生產；自組裝技術是通過在聚合物表面形成周期性的褶皺結構來制備一些具有一定功能的器件，形成的結構與光柵周期性結構在原理上具有相通性，并且自組裝技術在納米顆粒自組裝、柔性光學器件、液晶顯示、微流控芯片、可拉伸柔性電極和薄膜度量等方面已取得成功應用。

自組裝技術大多是以一種柔性聚合物作為襯底，在其表面形成與襯底彈性模量不同的剛性層，當應力超過臨界應力時，薄膜表面就形成褶皺結構。形成褶皺結構的方法有很多，主要有熱處理法、化學氧化法、機械拉伸釋放法等，其中熱處理法和化學氧化法工藝比較復雜，成本昂貴，機械拉伸釋放法操作簡單，成本低，比較受歡迎。目前該方法主要靠人工在薄膜兩側施加力使薄膜發生彎曲，通過這種方式產生的應變不準確，無法精確控制，不可靠，無法保證薄膜產生對稱的應變，每次只能制備一根薄膜光柵，生產效率比較低，無法實現大批量生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備薄膜光柵的裝置及方法，采用一種階梯狀的應力施加件，能夠同時對多根薄膜精確施加不同的可控應力實現制備不同周期和振幅的薄膜光柵。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種制備薄膜光柵的裝置，包括夾持薄膜兩端的夾持機構，所述夾持機構之間固定設置兩根限位柱，且限位柱與薄膜的一側相切，所述薄膜的另一側、垂直于薄膜的方向上設置應力施加機構，所述夾持機構、限位柱和應力施加機構均設置于作業平臺上。

本發明技術方案的進一步改進在于：所述夾持機構包括夾持薄膜兩端的薄膜夾具，所述薄膜夾具通過L形支架固定設置于位移平臺上，所述位移平臺設置于作業平臺上，且位移平臺的高度和在作業平臺上的位置可調。

本發明技術方案的進一步改進在于：所述應力施加機構包括與薄膜相對應的應力施加件，所述應力施加件通過連桿固定設置于位移平臺上，所述位移平臺設置于作業平臺上，且位移平臺的高度和在作業平臺上的位置可調。

本發明技術方案的進一步改進在于：所述應力施加件為由不同半徑、相同高度的圓柱體組成的共軸線階梯狀結構，所述階梯數量大于薄膜的數量，每個薄膜對應一個階梯，且各階梯的中心與對應薄膜的中心高度保持一致。

本發明技術方案的進一步改進在于：所述應力施加件頂端階梯的半徑與限位柱的半徑相等，其余階梯的半徑由公式確定：

其中R表示應力施加件的某一階梯半徑，r表示限位柱的半徑，R_max表示階梯最大半徑，l表示兩個限位柱之間薄膜施加應力之前的長度。

一種制備薄膜光柵的方法，其特征在于包括以下步驟：

1)、將預聚物和固化劑按照比例混合，攪拌均勻；

2)、將步驟1)混合好的液體在襯底上均勻涂抹一層，放在真空加熱箱中固化，制備得到薄膜；