[發明專利]一種大面積消色差超構透鏡的制備方法

在審

• 申請號: 202211739484.2
• 申請日: 2022-12-30
• 公開（公告）號: CN115951433A
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 胡躍強;姜玉婷;李苓;段輝高;賈紅輝
• 申請（專利權）人: 湖南大學;湖南大學深圳研究院;湖大粵港澳大灣區創新研究院（廣州增城）
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G02B27/00;G02B17/08;G03F7/20;G03F7/16;G03F7/42
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 王兆波

本發明公開了一種大面積消色差超構透鏡的制備方法，包括以下步驟：旋涂抗蝕劑，即在選擇好的介質襯底上進行抗蝕劑的旋涂，并進行抗蝕劑的烘烤以確保溶液全部排出，僅留下溶質，所述抗蝕劑為正型抗蝕劑包括聚甲基丙烯酸甲酯和ZEP。本發明大面積消色差超構透鏡的制備方法可以更好的對透鏡的波前進行變換，在進行結構的匹配時格式得到更小的匹配誤差、更優的消色差效果以及更大面積的設計，同時，采用該制備流程也可以實現具有高深寬比和高陡直度的結構的制備。

技術領域

本發明涉及一種大面積消色差超構透鏡的制備方法，屬于超構透鏡制備技術領域。

背景技術

色散是材料的基本屬性之一，即具有正常色散的材料的折射率會隨著波長的增加而降低。其具體體現形式為，棱鏡將較長波長的光偏轉較小的角度，同時折射透鏡的較長波長的焦距大于較短波長的焦距即色差，衍射光學元件中的色散則相反。色散的調控引起了眾多學者的廣泛關注，在許多方面都有重要的應用。一方面，鏡頭成像和近眼顯示光波導中的色差嚴重降低了圖像質量，因此應消除色差。另一方面，增加色散(超色散)可以提高光譜儀設備的分辨率和光通信中波分復用的傳輸容量。然而目前對色散的控制需要多個組件的堆疊，導致系統體積龐大且復雜，不利于微型化光學系統在消費電子、可穿戴設備和微型光譜儀中的應用。

超構表面是具有亞波長尺度間距和光波長厚度的單元陣列，相較于傳統折反射光學元件，超構表面具有輕薄化，多功能，易集成，可與CMOS工藝兼容等優點，因此也發展出了基于超構表面的各種應用，比如光束偏折，全息顯示、超構透鏡、復雜光束、結構色等，超構表面元件也被認為是第三代新型光學元件是一項變革性技術。但是超材料本身是具有負色散的，即隨著波長的增大焦距逐漸變小，致使設計出來的超構透鏡帶有較為嚴重的色差。在前期一些課題組的工作中已通過空間復用實現離散波長的色差消除，例如交錯的單元和堆疊層(空間復用)。同時，具有不同亞波長結構的結構色散設計自由度，可以通過色散相位補償實現在不同波段的離散波長、窄帶和寬帶的色散調節。然而，目前的消色差超構透鏡的設計很難在尺寸上實現進一步的擴大，大多數課題組設計出的消色差超構透鏡的尺寸多為幾十微米，這是因為越大面積的消色差超構透鏡需要越大的相位補償，雖然提升結構高度可以在一定程度上增大相位補償范圍，但更高的結構也給加工帶來了更大的挑戰。同時。消色差超構透鏡無法實現大面積的設計和制備，也這極大的限制了將其推向實際應用。

發明內容

本發明提供一種大面積消色差超構透鏡的制備方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：

一種大面積消色差超構透鏡的制備方法，包括以下步驟：

S1、旋涂抗蝕劑，即在選擇好的介質襯底上進行抗蝕劑的旋涂，并進行抗蝕劑的烘烤以確保溶液全部排出，僅留下溶質，所述抗蝕劑為正型抗蝕劑包括聚甲基丙烯酸甲酯和ZEP；

S2、利用光刻的方式進行版圖的精準曝光，所述光刻技術包括電子束曝光技術，紫外或者極紫外曝光技術和納米壓印技術；

S3、利用原子層沉積對曝光的位置的結構進行填充，這里沉積的厚度為最大結構尺寸的一半，在確保曝光位置全部填充的情況下，使生成的結構具有很好的陡直性；

S4、刻蝕，即對包覆在抗蝕劑以上的部分進行刻蝕；

S5、去膠，即采用反應離子刻蝕的方法對樣片上剩余的抗蝕劑進行去除。

優選為，步驟S1為首先在具有ITO薄膜層的透明玻璃基板上以2000rpm的轉速旋涂1000nm厚的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)電子束抗蝕劑層，并在180℃的熱板上烘烤4分鐘。

優選為，步驟S2為然后通過電子束光刻以100KV的電壓和200pA的束流對樣品進行曝光，將樣品在甲基異丁基酮和異丙醇的混合溶液中顯影1分鐘，并在IPA中固定1分鐘。

優選為，甲基異丁基酮和異丙醇的比例為1:3。