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四束光曝光裝置的制作方法

文檔序號(hào):2787495閱讀:597來(lái)源:國(guó)知局
專(zhuān)利名稱(chēng):四束光曝光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及一種用四束光干涉制備三維光子晶體的裝置。
背景技術(shù)
光子晶體是由不同折射率的電介質(zhì)材料周期性排列而形成的人造晶體。與天然晶體衍射X射線不同,光子晶體衍射的是可見(jiàn)光和近紅外線。類(lèi)似半導(dǎo)體材料對(duì)電子有能量禁帶,光子晶體對(duì)光波有光禁帶,即頻率在某一范圍內(nèi)的光波將無(wú)法通過(guò)特定的光子晶體,而被完全反射回來(lái)。此特性使得光子晶體有著許多重要的應(yīng)用,例如制備高效率發(fā)光二極管、光子晶體光纖、光子晶體激光器等,并在光通信、全光網(wǎng)絡(luò)、光纖激光器、半導(dǎo)體激光器等系統(tǒng)和器件中獲得重要應(yīng)用。
光子晶體的制作方法有多種,如層層疊加法、膠體自組織法,以及各種刻蝕、制版技術(shù),包括X射線平板刻蝕、離子束刻蝕、掠射角沉積和調(diào)制光電化學(xué)刻蝕等技術(shù)。這些方法不僅制備過(guò)程復(fù)雜,而且不易得到多層的三維光子晶體。在所報(bào)道的(見(jiàn)文獻(xiàn)M Campbell,D NSharp,M T Harrison,et al,F(xiàn)abrication of photonic crystals for the visible spectrum by holographiclithography,Nature,2000,40453-56。)全息技術(shù)中,四束光干涉技術(shù)的制備過(guò)程最快,但目前所采用的四束激光是用許多光學(xué)元件將一束激光分成四路,再經(jīng)半波片將各光路的偏振方向轉(zhuǎn)成同一方向,然后再對(duì)各束光進(jìn)行擴(kuò)束、準(zhǔn)直。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型旨在提供一種穩(wěn)定性好、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便的制備三維光子晶體的四束光曝光裝置。
本實(shí)用新型設(shè)有激光器,在激光器輸出激光的光路上依次設(shè)有1個(gè)擴(kuò)束與空間濾波器、1個(gè)準(zhǔn)直透鏡、1個(gè)光柵版和1塊全息記錄干版。所說(shuō)的激光對(duì)全息記錄干版敏感,例如442nm和458nm波長(zhǎng)對(duì)光刻膠版敏感。所說(shuō)的光柵版對(duì)擴(kuò)束后的平行光形成4束光干涉。
采用本實(shí)用新型制備三維光子晶體時(shí),將激光經(jīng)擴(kuò)束與空間濾波,再變成擴(kuò)束的平行光,將擴(kuò)束后的平行光照射到光柵版上,在光柵版后產(chǎn)生4束光干涉,在干涉區(qū)域放置全息記錄干版,經(jīng)曝光顯影后,即得三維光子晶體。
本實(shí)用新型采用很少的光學(xué)元件,只需單束激光和一個(gè)光柵版就能產(chǎn)生四束光,并以期望的方向運(yùn)行。四束光匯合后在自由空間互相干涉,產(chǎn)生了光強(qiáng)度周期性變化的三維圖形。用光敏材料將圖形記錄下來(lái),就在材料中產(chǎn)生了折射率周期性變化的三維晶格結(jié)構(gòu)。只要晶格結(jié)構(gòu)中的二種折射率之比足夠大(如達(dá)到2.1以上),就能產(chǎn)生光子禁帶,該材料就能用做光子晶體。如果用光致抗蝕劑干版(簡(jiǎn)稱(chēng)光刻膠版)做記錄材料,亦可將記錄下的結(jié)構(gòu)當(dāng)作模版,用高折射率材料翻制成光子晶體。而且其制備過(guò)程簡(jiǎn)單。


圖1為四束光曝光裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為四束光曝光裝置實(shí)施例的光柵版的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為4束干涉光方向示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示,激光器1輸出一束波長(zhǎng)對(duì)記錄干版5敏感的激光(如442nm和458nm波長(zhǎng)對(duì)光刻膠版敏感),經(jīng)擴(kuò)束濾波器2擴(kuò)束及空間濾波后,被一透鏡3準(zhǔn)直,然后照射到一塊光柵版4上。如圖2所示,光柵版4上設(shè)有三個(gè)光柵41。在光柵版4的中心有一塊空白區(qū)域42,形狀沒(méi)有固定要求,可以是四方形,圓形或三角形等。三個(gè)光柵41圍繞著中心區(qū)域,各光柵之間相差120°。透過(guò)光柵版的光形成了四束(參見(jiàn)圖3),一束中心光束從光柵版4中心的空白區(qū)域42(如圖2中的方形)透過(guò)并沿光軸傳播,運(yùn)行方向沒(méi)有任何改變;另外三束光分別由三個(gè)光柵41的一級(jí)衍射光形成,運(yùn)行方向與光軸形成一夾角θ,該角度即光柵的第一級(jí)衍射角。由于三個(gè)光柵的光柵常數(shù)完全相同并對(duì)稱(chēng)排列,三束衍射光以相同的角度θ偏離原來(lái)的運(yùn)行方向,拐向中心光束的方向。透過(guò)光柵版的四束光(中心光束和三個(gè)衍射光束)在光柵版之后匯合,在匯合區(qū)域產(chǎn)生干涉。干涉圖案具有三維周期性結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)與三個(gè)光柵的衍射角(即中心光束與其它三個(gè)光束之間的夾角)有關(guān)。在產(chǎn)生三維結(jié)構(gòu)圖案的區(qū)域內(nèi)放置一塊感光膠較厚(幾微米以上)的全息記錄干版5(如光刻膠版),對(duì)干版曝光然后顯影,即制作成三維光子晶體。曝光和顯影與通常制作全息圖的方法相同。
光柵版可采用攝影制版材料或全息記錄材料,最好光柵版必須有較好的透明度,以讓更多的光通過(guò)。光柵版上的光柵可以用攝影制版的方法制作,也可以用全息記錄方法制作。當(dāng)用全息方法制作時(shí),所用材料是全息記錄干版,記錄的是透射式光柵。由于晶格結(jié)構(gòu)與光柵的衍射角有關(guān),而光柵的衍射角又與光柵的條紋間隔有關(guān),所以在制作光柵時(shí)必須選擇合適的條紋間隔,使得光柵的一級(jí)衍射角是所期望的角度。對(duì)三個(gè)光柵41和中心空白區(qū)域42的面積沒(méi)有嚴(yán)格要求,但最好光柵的一級(jí)衍射光的面積與從中心空白區(qū)域透過(guò)的光的面積接近,這樣可以充分利用光源,使四束光的干涉區(qū)域達(dá)到最大,有利于制作大面積三維光子晶體。
權(quán)利要求1.四束光曝光裝置,其特征在于設(shè)有激光器,在激光器輸出激光的光路上依次設(shè)有1個(gè)擴(kuò)束與空間濾波器、1個(gè)準(zhǔn)直透鏡、1個(gè)光柵版和1塊全息記錄干版,所說(shuō)的光柵版對(duì)擴(kuò)束后的平行光形成4束光干涉。
2.如權(quán)利要求1所述的四束光曝光裝置,其特征在于激光對(duì)全息記錄干版敏感。
3.如權(quán)利要求1所述的四束光曝光裝置,其特征在于所說(shuō)的光柵版上設(shè)有三個(gè)光柵,在光柵版的中心有一塊空白區(qū)域,三個(gè)光柵圍繞著中心區(qū)域,各光柵之間相差120°。
4.如權(quán)利要求1或3所述的四束光曝光裝置,其特征在于所說(shuō)的光柵版為攝影制版材料或全息記錄材料。
5.如權(quán)利要求1或3所述的四束光曝光裝置,其特征在于所說(shuō)的光柵板的空白區(qū)域的形狀為四方形,圓形,三角形或其它形狀。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種用四束光干涉制備三維光子晶體的裝置。設(shè)有激光器、擴(kuò)束與空間濾波器、準(zhǔn)直透鏡、光柵版和全息記錄干版,光柵版對(duì)擴(kuò)束后的平行光形成4束光干涉。采用很少的光學(xué)元件,只需單束激光和一個(gè)光柵版就能產(chǎn)生四束光,并以期望的方向運(yùn)行。四束光匯合后在自由空間互相干涉,產(chǎn)生了光強(qiáng)度周期性變化的三維圖形。用光敏材料將圖形記錄下來(lái),就在材料中產(chǎn)生了折射率周期性變化的三維晶格結(jié)構(gòu)。只要晶格結(jié)構(gòu)中的二種折射率之比足夠大,就能產(chǎn)生光子禁帶,該材料就能用做光子晶體。如果用光刻膠版做記錄材料,亦可將記錄下的結(jié)構(gòu)當(dāng)作模版,用高折射率材料翻制成光子晶體。而且其制備過(guò)程簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G03H1/00GK2667532SQ20042000197
公開(kāi)日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2004年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月9日
發(fā)明者劉守, 張向蘇, 劉影 申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)
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