一種全息凹面閃耀光柵的母板及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全息凹面閃耀光柵的母板及其制備方法，制作步驟如下：（1）制備全息凹面光柵掩模；（2）在全息凹面光柵掩模上沉積金屬層；（3）在所述金屬層上涂布粘合劑；（4）將與凸模連接的金屬層和所述全息凹面光柵掩模分離，清洗，獲得凸面金屬光柵掩模；（5）測量所述凸面金屬光柵掩模的柵齒結(jié)構(gòu)，獲得柵齒占空比信息；采用電鑄或鍍膜的方式以及化學(xué)腐蝕或離子刻蝕的方式調(diào)節(jié)柵齒的占空比；（6）采用離子束刻蝕凸面金屬光柵掩模，使凸面金屬光柵掩模轉(zhuǎn)變成三角形閃耀結(jié)構(gòu)，得到全息凹面閃耀光柵的母板。本發(fā)明將凹面光柵掩模結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到凸面金屬層上，金屬層柔韌性好，光柵槽型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移精度高，不易開裂變形，耐用性好。
【專利說明】一種全息凹面閃耀光柵的母板及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及衍射光學(xué)元件，具體涉及一種全息凹面閃耀光柵的母板及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光柵是一種應(yīng)用非常廣泛而重要的高分辨率的色散光學(xué)元件，在現(xiàn)代光學(xué)儀器中占有重要的地位。凹面光柵是光譜儀器中的一種重要色散元件，兼有色散和成像功能，可直接構(gòu)成只有一個光學(xué)作用面的光譜儀器。采用平面陣列探測器的凹面光柵光譜儀與機(jī)械掃描式光譜儀相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，光譜掃描速度快、重復(fù)性好、機(jī)械故障率低等特點(diǎn)。基于全息技術(shù)制作的凹面光柵與機(jī)刻凹面光柵相比，噪聲低，受到高端光譜儀器的青睞。凹面光柵衍射效率是其使用過程中的一個十分重要的技術(shù)指標(biāo)。直接采用全息技術(shù)制作的凹面光柵，光柵為正弦型結(jié)構(gòu)，效率有限，通過修改全息光柵的槽形結(jié)構(gòu)可以獲得更高的衍射效率，三角形閃耀光柵結(jié)構(gòu)是提高光柵衍射效率的重要方式。
[0003]參考文獻(xiàn)光學(xué)精密工程，2013 (9) =2303-2308《基于解析分區(qū)法設(shè)計閃耀全息凹面光柵》中，采用離子束直接刻蝕凹面光柵掩模，做了分區(qū)優(yōu)化，提高衍射效率。但是由于凹面基底不同區(qū)域相對離子束的角度不同，以及凹面固有的遮擋離子束弊病，導(dǎo)致制作三角形光柵槽形的角度沿著凹面分布變化大，有的區(qū)域甚至沒有衍射效率，最終影響了凹面光柵的整體衍射效率。對于小F/#凹面光柵問題會更加嚴(yán)重。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種全息凹面閃耀光柵的母板及其制備方法，該母板用于復(fù)制高品質(zhì)全息凹面閃耀光柵。
[0006]為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種全息凹面閃耀光柵的母板制備方法，包括下列步驟:
(1)布置全息記錄光路，在凹面鏡基底上涂布光刻膠，經(jīng)曝光，顯影，形成全息凹面光柵掩模；
(2)在所述全息凹面光柵掩模上沉積金屬層,金屬層厚度大于光柵柵齒的高度；
(3)在所述金屬層上涂布粘合劑，將其與凸模粘合固化，所述凸模與所述金屬層形狀配
合；
(4)將與凸模連接的金屬層和所述全息凹面光柵掩模分離，清洗，獲得凸面金屬光柵掩
模；
(5)測量所述凸面金屬光柵掩模的柵齒結(jié)構(gòu)，與所需要凸面金屬光柵掩模的柵齒占空比進(jìn)行比較，若得到的柵齒占空比小于所需要的占空比，則通過電鑄或鍍膜的方式沉積金屬層，增大柵齒的占空比；若得到的柵齒占空比大于所需要的占空比，則通過化學(xué)腐蝕或離子刻蝕，減小柵齒的占空比； (6)將所述凸面金屬光柵掩模圍繞凸面曲率中心轉(zhuǎn)動，采用離子束刻蝕系統(tǒng)的離子束傾斜掃描刻蝕所述凸面金屬光柵掩模，使所述凸面金屬光柵掩模轉(zhuǎn)變成三角形閃耀結(jié)構(gòu)，得到全息凹面閃耀光柵的母板。
[0007]優(yōu)選的，步驟(2)中所述全息凹面光柵掩模是光刻膠材料掩模，或是經(jīng)由光刻膠掩?？涛g轉(zhuǎn)移到玻璃或其他材料上制成的掩模；沉積金屬層通過電鑄或鍍膜方式實(shí)現(xiàn)。
[0008]優(yōu)選的，步驟(5)中采用原子力顯微鏡、電子顯微鏡或三維輪廓儀測量，獲得柵齒形貌，獲得占空比信息，為調(diào)節(jié)柵齒占空比提供依據(jù)。
[0009]優(yōu)選的，步驟(6)中，傾斜入射到所述凸面金屬光柵掩模表面的離子束為細(xì)長條形，凸面金屬光柵掩模圍繞凸面曲率中心轉(zhuǎn)動，離子束在凸面金屬光柵掩模表面來回掃描。
[0010]本發(fā)明還公開了一種由上述的制備方法得到全息凹面閃耀光柵的母板。
[0011]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明將凹面光柵掩模結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到凸面金屬層上，光柵槽型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移精度高，金屬層柔韌性好，不易開裂變形，耐用性好；
2.本發(fā)明中的金屬層厚度僅需要大于柵齒高度，因此對凹面基底像差影響很小，有利于凹面光柵轉(zhuǎn)移成凸面光柵時像差的控制；
3.本發(fā)明采用電鑄、鍍膜方式，化學(xué)腐蝕以及離子刻蝕，對金屬光柵掩模結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)修正，使其結(jié)構(gòu)容易滿足離子刻蝕工藝要求，提高了離子刻蝕的成功率；
4.本發(fā)明刻蝕凸面金屬光柵掩模，在離子束刻蝕過程，通過凸面基片繞曲率中心轉(zhuǎn)動，離子束與凸面光柵掩模不同區(qū)域的角度可保持相同，不會出現(xiàn)凹面光柵直接刻蝕中的遮擋現(xiàn)象，因此可以在整個凸面光柵區(qū)域都獲得三角形閃耀結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是全息記錄光路示意圖；
圖2是全息凹面光柵掩模；
圖3是在全息凹面光柵掩模沉積金屬層；
圖4是在全息凹面光柵金屬層表面涂布粘合劑；
圖5是金屬層與凸模粘合；
圖6是凸面金屬光柵掩模；
圖7是凸面金屬光柵掩模離子束刻蝕；
圖8是凸面金屬閃耀光柵；
圖9是金屬光柵掩模的柵齒占空比調(diào)節(jié)。
[0013]其中:1、凹面光柵基底；2、全息凹面光柵掩模；3、金屬層；4、粘合劑層；5、凸模；
6、尚子束。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
實(shí)施例一:制備一口徑為20mm,曲率半徑為80mm,光柵周期為5001ine/mm的全息凹面閃耀光柵的母板，該母板的光柵柵齒為三角形。
[0015]制備步驟如下: (1)布置全息記錄光路如圖1所示，在曲率半徑為80mm凹面鏡基底I上涂布光刻膠，經(jīng)曝光，顯影，形成全息凹面光柵掩模2,光柵周期為5001ine/mm,柵齒的高度為500nm,柵齒形貌為矩形；
(2)在全息凹面光柵掩模2之上米用電鑄工藝沉積鎳金屬層3,鎳金屬層3厚度為2um,大于光柵柵齒的高度；
(3)在鎳金屬層3表面涂布環(huán)氧樹脂粘合劑4，將其與一玻璃材料的凸模5粘合固化，使所述鎳金屬層3與所述凸模5形狀配合并緊密連接，該玻璃凸模5的曲率半徑為80_，與鎳金屬層3半徑相同；
(4)將與凸模5連接的鎳金屬層3和所述全息凹面光柵掩模2剝離開，清洗鎳金屬層3表面，去除剩余光刻膠，獲得凸面金屬光柵掩模；
(5)采用原子力顯微鏡測量凸面金屬光柵掩模的柵齒結(jié)構(gòu)，如測量柵齒的占空比為1:2，而所需要刻蝕工藝所需最佳占空比為1:1，采用電鑄方式沉積鎳金屬層，調(diào)節(jié)柵齒的占空比使其達(dá)到1:1，如圖9所示。
[0016](6)將所述凸面金屬光柵掩模圍繞凸面曲率中心轉(zhuǎn)動，采用離子束刻蝕系統(tǒng)的細(xì)長條形離子束傾斜掃描刻蝕凸面金屬光柵掩模，離子束在凸面金屬光柵表面來回掃描，使所述凸面金屬光柵掩模轉(zhuǎn)變成三角形閃耀結(jié)構(gòu)，得到全息凹面閃耀光柵的母板。
【權(quán)利要求】
1.一種全息凹面閃耀光柵的母板制備方法，其特征在于，包括下列步驟: (1)布置全息記錄光路，在凹面鏡基底上涂布光刻膠，經(jīng)曝光，顯影，形成全息凹面光柵掩模； (2)在所述全息凹面光柵掩模上沉積金屬層,金屬層厚度大于光柵柵齒的高度； (3)在所述金屬層上涂布粘合劑，將其與凸模粘合固化，所述凸模與所述金屬層形狀配合； (4)將與凸模連接的金屬層和所述全息凹面光柵掩模分離，清洗，獲得凸面金屬光柵掩模； (5)測量所述凸面金屬光柵掩模的柵齒結(jié)構(gòu)，與所需要凸面金屬光柵掩模的柵齒占空比進(jìn)行比較，若得到的柵齒占空比小于所需要的占空比，則通過電鑄或鍍膜的方式沉積金屬層，增大柵齒的占空比；若得到的柵齒占空比大于所需要的占空比，則通過化學(xué)腐蝕或離子刻蝕，減小柵齒的占空比； (6)將所述凸面金屬光柵掩模圍繞凸面曲率中心轉(zhuǎn)動，采用離子束刻蝕系統(tǒng)的離子束傾斜掃描刻蝕所述凸面金屬光柵掩模，使所述凸面金屬光柵掩模轉(zhuǎn)變成三角形閃耀結(jié)構(gòu)，得到全息凹面閃耀光柵的母板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全息凹面閃耀光柵的母板制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述全息凹面光柵掩模是光刻膠材料掩模,或是經(jīng)由光刻膠掩模刻蝕轉(zhuǎn)移到玻璃或其他材料上制成的掩模；沉積金屬層通過電鑄或鍍膜方式實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全息凹面閃耀光柵的母板制備方法，其特征在于:所述步驟(5)中采用原子力顯微鏡、電子顯微鏡或三維輪廓儀測量柵齒形貌，獲得占空比信息，為調(diào)節(jié)柵齒占空比提供依據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全息凹面閃耀光柵的母板制備方法，其特征在于:所述步驟(6)中，傾斜入射到所述凸面金屬光柵掩模表面的離子束為細(xì)長條形，凸面金屬光柵掩模圍繞凸面曲率中心轉(zhuǎn)動，離子束在凸面金屬光柵掩模表面來回掃描。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法得到全息凹面閃耀光柵的母板。
【文檔編號】G02B5/18GK103941319SQ201410154633
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】李朝明, 陳新榮, 吳建宏, 胡祖元 申請人:蘇州大學(xué)