本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件表面的增透減反方法，特別是關(guān)于強(qiáng)激光系統(tǒng)中光束采樣光柵的光柵面的增透減反方法。

背景技術(shù)：

光束采樣光柵是強(qiáng)激光系統(tǒng)中用于診斷入射光束的能量、功率及空間分布等的一類光學(xué)元件。對(duì)于診斷的入射波長(zhǎng)351nm，其-1級(jí)衍射光聚焦在光強(qiáng)探測(cè)器表面，衍射效率約0.2％，由探測(cè)器測(cè)量結(jié)果推算入射光的相關(guān)特征。

在強(qiáng)激光系統(tǒng)中，需要采用大量的光學(xué)元器件，因此在這種復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)中，光學(xué)元件表面對(duì)光束的反射是不容忽視的，直接造成能量的損失，且反射的光可能會(huì)對(duì)光路中的其他光學(xué)器件造成影響，因此對(duì)光學(xué)元件表面進(jìn)行減反處理至關(guān)重要。對(duì)于熔石英光學(xué)元件，一般其表面的反射率約3.5％，若經(jīng)過(guò)10次界面反射，其能量損失達(dá)30％。在強(qiáng)激光系統(tǒng)中，光學(xué)元件的激光損傷閾值有比較高的要求，通常使用的離子束濺射薄膜減反層并不適用，因?yàn)槠浣档土斯鈱W(xué)元件的損傷閾值，因此現(xiàn)在普遍采用的是二氧化硅溶膠-凝膠減反膜，在光學(xué)表面上形成一層具有氣孔結(jié)構(gòu)的二氧化硅薄膜，配合深度的選擇達(dá)到增透減反的效果。二氧化硅溶膠-凝膠可以用旋涂、提拉或者彎月面等方式涂覆在光學(xué)表面，適用于大尺寸的光學(xué)器件，而且具有跟基底同級(jí)別的激光閾值。

然而二氧化硅溶膠-凝膠減反膜由于其疏松多孔的結(jié)構(gòu)，會(huì)吸附環(huán)境中的有機(jī)物造成自身的污染，導(dǎo)致透過(guò)率和損傷閾值的嚴(yán)重下降。吸附的有機(jī)物會(huì)改變自身的折射率(等效折射率)，如果在光束采樣光柵面上使用該減反膜會(huì)改變-1級(jí)衍射效率及整體的均勻性，從而導(dǎo)致診斷的不準(zhǔn)確，因此實(shí)際使用中，光束采樣光柵只有背面涂減反膜，而光柵面則不做處理。

目前強(qiáng)激光系統(tǒng)中采用的減反方案是使用的溶膠凝膠薄膜，但是該薄膜容易受到污染，從而導(dǎo)致透過(guò)率及激光損傷閾值的下降，且污染后折射率發(fā)生變化，若使用在光束采樣光柵的光柵表面，會(huì)帶來(lái)診斷的不準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明技術(shù)解決問(wèn)題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于強(qiáng)激光系統(tǒng)中光束采樣光柵的增透減反方法，以解決目前減反膜存在的性能及穩(wěn)定性問(wèn)題。

本發(fā)明提出了一種用于強(qiáng)激光系統(tǒng)中光束采樣光柵的增透減反方法，在光束采樣光柵的光柵面上制作亞波長(zhǎng)光柵結(jié)構(gòu)，達(dá)到增透減反的效果。其包括以下步驟：

(1)在基底上旋涂光刻膠，然后利用波長(zhǎng)為413.1nm的kr⁺離子激光器進(jìn)行全息曝光，得到亞波長(zhǎng)光柵的光刻膠掩模，線密度在4500lines/mm以上，占寬比0.3～0.5，再利用chf3反應(yīng)離子束刻蝕，深度為100～200nm，最后清洗去除殘余光刻膠得到亞波長(zhǎng)光柵模板；

(2)清洗好亞波長(zhǎng)光柵模板后，在上面滴聚氨酯丙烯酸酯(pua)紫外壓印膠，然后靜置，使pua填充模板，期間使用熱臺(tái)加熱至50℃，可更充分的填充模板，然后將聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)薄膜蓋到pua上，從一側(cè)到另一側(cè)慢慢貼合，保證模板、pua、pet能充分貼合；最后利用紫外光照射pua，使pua固化，pet薄膜與pua的接觸面須進(jìn)行灰化處理，以增強(qiáng)其表面的附著力；

(3)將固化后的pua與光柵模板分離，由于pet的表面結(jié)合力強(qiáng)，因此pua與pet結(jié)合在一起，形成亞波長(zhǎng)光柵軟模；

(4)將光束采樣光柵的表面清洗后，在上面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)壓印膠，厚度為200～300nm；

(5)將亞波長(zhǎng)光柵軟模覆蓋到pmma上面，軟模光柵條紋方向與光束采樣光柵條紋方向平行、垂直或者成角度，然后用夾持機(jī)構(gòu)將軟模光柵和光束采樣光柵壓緊，放到烘箱中加熱至100-150℃固化，優(yōu)選130℃；

(6)將亞波長(zhǎng)光柵軟模和基底分離，在pmma上形成亞波長(zhǎng)光柵，然后利用氧等離子體灰化去除pmma光柵的底層殘余膠；

(7)利用到底的pmma亞波長(zhǎng)光柵掩模，使用chf3反應(yīng)離子束刻蝕，刻蝕深度為70-80nm；

(8)最后清洗去除殘余膠，即得到具有增透減反效果的光束采樣光柵。

所述光束采樣光柵和亞波長(zhǎng)光柵結(jié)構(gòu)是制作在基底的同一面，兩光柵條紋方向可以垂直、平行或成角度。

所述步驟(1)中，利用全息離子束刻蝕工藝制作具有周期結(jié)構(gòu)的亞波長(zhǎng)光柵減反結(jié)構(gòu)，其尺寸可以達(dá)100×100mm²及以上。

所述步驟(2)-(6)中，利用納米壓印的方法在具有微納圖形結(jié)構(gòu)(如光束采樣光柵槽形輪廓)的非平面光學(xué)表面制作亞波長(zhǎng)光柵掩模。

所述步驟(7)中，利用大尺寸反應(yīng)離子束刻蝕機(jī)在已有圖形結(jié)構(gòu)(如亞波長(zhǎng)光柵掩模)的光束采樣光柵表面刻蝕亞波長(zhǎng)光柵減反結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：目前強(qiáng)激光系統(tǒng)中采用的增透減反方案是使用的溶膠凝膠薄膜，但是該薄膜容易受到污染，從而導(dǎo)致透過(guò)率及激光損傷閾值的下降，且污染后折射率發(fā)生變化，若使用在光束采樣光柵的光柵表面，會(huì)帶來(lái)診斷的不準(zhǔn)確。本發(fā)明提出一種在光柵基底上直接制作減反結(jié)構(gòu)的方法，采取直接在光柵面上制作亞波長(zhǎng)增透減反結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不易被環(huán)境中的無(wú)機(jī)物污染，性能穩(wěn)定，且減反結(jié)構(gòu)材料與基底一致，因此，具有與基底同級(jí)別的激光損傷閾值，達(dá)到增透減反的效果，波長(zhǎng)為351nm的入射光透過(guò)率平均值>95％，解決了溶膠凝膠薄膜存在的性能及穩(wěn)定性問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是增透光束采樣光柵制作工藝流程圖；

圖2是增透光束采樣光柵制作示意圖；

圖3是制作大尺寸增透光束采樣光柵的拼接示意圖。

圖中：

1表示亞波長(zhǎng)光柵模板；

2表示pua紫外壓印膠；

3表示pet薄膜；

4表示亞波長(zhǎng)光柵軟模；

5表示尺寸為100×100mm²的光束采樣光柵；

6表示pmma壓印光刻膠；

7表示具有亞波長(zhǎng)光柵圖形的pmma掩模；

8表示灰化到底的亞波長(zhǎng)光柵pmma掩模；

9表示具有亞波長(zhǎng)光柵減反結(jié)構(gòu)的光束采樣光柵；

10表示尺寸為430×430mm²的光束采樣光柵。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

實(shí)施例1：本具體實(shí)施方式是制作尺寸為100×100mm²的增透型光束采樣光柵。包括以下具體步驟，如圖1所示：

(1)在尺寸為100×100mm²的熔石英基底上旋涂光刻膠，厚度在200nm。然后利用波長(zhǎng)為413.1nm的kr⁺離子激光器進(jìn)行全息曝光，得到亞波長(zhǎng)光柵的光刻膠掩模，線密度為4500lines/mm，占寬比控制0.3～0.5，再利用chf3反應(yīng)離子束刻蝕，深度為150nm，最后清洗去除殘余光刻膠得到亞波長(zhǎng)光柵模板1，如圖2中的(a)所示。

(2)清洗好亞波長(zhǎng)光柵模板1后，在上面滴聚氨酯丙烯酸酯(pua)紫外壓印膠2，然后靜置，使pua填充模板，期間可以用熱臺(tái)加熱到50℃左右，可更充分的填充模板。然后將聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)薄膜3蓋到pua上，從一側(cè)到另一側(cè)慢慢貼合，保證模板、pua、pet能充分貼合，如圖2中的(b)所示。最后利用紫外光照射pua，使其固化。pet薄膜與pua的接觸面須進(jìn)行灰化處理，以增強(qiáng)其表面的附著力。

(3)將固化后的pua與光柵模板1分離，由于pet的表面結(jié)合力強(qiáng)，因此pua與pet結(jié)合在一起，形成亞波長(zhǎng)光柵軟模4，如圖2中的(c)所示。

(4)清洗尺寸為100×100mm²的光束采樣光柵5的表面，在上面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)壓印光刻膠6，厚度為～250nm，如圖2中的(d)所示。

(5)將亞波長(zhǎng)光柵軟模4覆蓋到pmma上面，軟模光柵條紋方向與光束采樣光柵條紋方向可以平行、垂直或者成角度，如圖2中的(e)所示。然后用夾持機(jī)構(gòu)將兩者壓緊，放到烘箱中加熱至130℃固化。

(6)將亞波長(zhǎng)光柵軟模4和光束采樣光柵5分離，在pmma上形成亞波長(zhǎng)光柵7，如圖2中的(f)所示；然后利用氧等離子體灰化去除pmma光柵的底層殘余膠，得到圖2中的(g)所示到底的pmma亞波長(zhǎng)光柵掩模8。

(7)利用到底pmma亞波長(zhǎng)光柵掩模8，使用chf3反應(yīng)離子束刻蝕，刻蝕深度為75nm。

(8)最后清洗去除殘余膠，即得到圖2中的(h)所示的具有亞波長(zhǎng)光柵減反結(jié)構(gòu)的光束采樣光柵9，波長(zhǎng)為351nm的入射光透過(guò)率平均值>95％。

實(shí)施例2：本具體實(shí)施方式是制作尺寸為430×430mm²的增透型光束采樣光柵，采用小光柵拼接的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)大尺寸的增透光柵。

(1)首先制作尺寸為100×100mm²的亞波長(zhǎng)光柵軟模4，該步驟同實(shí)施例1中的步驟(1)-(3)，拼接方式見圖3，采用4×4的方格，因此共需重復(fù)制作16塊亞波長(zhǎng)光柵軟模。

(2)在尺寸為430×430mm²的光束采樣光柵10上旋涂厚度250nm的pmma壓印膠，然后按圖3所示拼接方式將16塊亞波長(zhǎng)光柵軟模壓印上去，加熱固化后脫模，得到大尺寸的pmma亞波長(zhǎng)光柵掩模。

(3)采用氧等離子體灰化方法去除底部殘余pmma壓印膠，由于光柵尺寸較大，很難達(dá)到一次全部灰化到底，因此采用遮擋的方式對(duì)局部進(jìn)行單獨(dú)灰化，以保證pmma掩模均灰化到底。

(4)利用到底的pmma亞波長(zhǎng)光柵掩模，使用chf3反應(yīng)離子束刻蝕，刻蝕深度為75nm。

(5)最后清洗去除殘余膠，得到具有增透減反效果的大尺寸光束采樣光柵，對(duì)于波長(zhǎng)為351nm的入射光，其平均透過(guò)率>95％。

提供以上實(shí)施例僅僅是為了描述本發(fā)明的目的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。不脫離本發(fā)明的精神和原理而做出的各種等同替換和修改，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。