專利名稱：全息光柵制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種全息光柵制作方法，采用激光掃描的方法，利用單光束在材料表面的擴散波干涉的原理，制作可變光柵頻率、可變深度的全息光柵。屬于集成光學，光學器件制造技術領域。
背景技術：
光柵作為一種重要的器件，越來越廣泛地被應用于耦合器、波導、轉換器等用途，在當今的集成光學研究和各種光學測量儀器中，全息光柵更是常見的部件。
制作光柵的傳統(tǒng)方法是機刻法，即用刻紋機在光柵材料(半導體、晶體、塑料、玻璃等)表面刻出一條一條的溝槽，這種方法對刻紋機的精度提出了很高的要求，幾乎達到了機械加工的極限精度，因此設備昂貴而且工作效率低下，又無法生產(chǎn)高頻光柵。
光刻法是新涌現(xiàn)出來的方法。一般是利用全息光刻法或激光干涉法進行工作。但是用這兩種方法生產(chǎn)出來的光柵頻率不會超過2400線/毫米，并且工藝中步驟很多，產(chǎn)生缺陷的可能性很大。
在專利US5668047中就使用了全息光刻系統(tǒng)，先在半導體基底材料的表面涂上一層對電子束敏感的光刻膠，然后用一束半徑一定、劑量可調的電子照射該表面不同的位置，接下來用氯氣進行干法刻蝕，將光刻膠形成的圖形作為掩模版，將圖形轉移到半導體基底材料的表面上，同時對光刻膠進行灰化處理，得到溝槽深度、間距在不同部位不同的光柵。這種方法的問題在于設備比較復雜，需要真空設備，更重要的是用電子束刻蝕速度很慢，因此其使用有很大的局限性。
在專利EP1035424中利用了激光干涉系統(tǒng)。先在基底材料上形成一層由金屬醇鹽和β二酮組成的溶液，調節(jié)溶液的組成使金屬醇鹽水解，變成溶膠，加熱使溶膠凝膠化，再用兩束相干光形成干涉紋樣，照射到凝膠上令其固化，干燥后即得所需要的光柵。這個過程實際上是先在基底材料表面上進行一次溶膠凝膠反應，然后用相干光源照射，實際操作起來難度很大，不容易控制。這種方法也不適用于制備集成光路中所需的局部光柵。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種新的全息光柵制作方法，采用激光掃描方法，利用單光束與它在材料表面形成的表面擴散波干涉的原理，在材料表面形成直線型的溝槽結構，制作可變間距、可變深度的全息光柵，同時簡化工藝流程，減少設備投資。
本發(fā)明的技術方案中，所選用的光柵材料可以是半導體、聚合物、晶體、玻璃等，可以根據(jù)具體的使用要求靈活選用。
先將光柵材料清洗、切割成所需的形狀，固定在一個由計算機程序控制的移動平臺上，使入射的激光與材料的被照射表面成一定的夾角。在計算機程序的控制下，隨著移動平臺在平面內的運動，光束在材料表面做步進式線掃描。通過調節(jié)掃描的的工藝參數(shù)，包括激光束的波長、脈沖寬度、脈沖頻率、入射光束的入射角度、功率密度、以及平臺移動方向和速率，可以在材料的表面上得到規(guī)整的溝槽結構。
激光波長根據(jù)選用的材料的吸收決定，脈沖寬度為1～20ns，脈沖頻率為5～10Hz，入射角度可以從0°變化到60°，入射光束功率密度為5～100mJ/cm2，移動速率為0.001～10mm/s。
本發(fā)明工藝簡單，容易控制，成功率高；材料可選范圍較大，便于根據(jù)實際用途靈活選用，從而控制成本；制得的全息光柵溝槽間距為200～500nm的光柵，線密度可高達5000線/毫米，并且線密度、深度可以調節(jié)、控制。


及實施例以下通過附圖及具體的實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步描述。
圖1為本發(fā)明的操作流程圖。
如圖所示，在進行材料清洗、切割后，將材料固定在一個移動平臺上，在計算機程序的控制下對其進行激光照射、掃描，然后經(jīng)表面清理、組裝后，鍍上金屬膜得成品。
圖2為本發(fā)明所使用的激光掃描裝置結構示意圖。
如圖所示，本發(fā)明采用低能量的偏振激光，激光器1連接變頻器2和起偏器3，從激光器1發(fā)出的激光經(jīng)過變頻、起偏處理，變換到適宜的頻率和偏振態(tài)后，經(jīng)反射鏡4反射到材料5表面，被照射材料5固定在一個可以傾斜的平臺6上，而傾斜平臺6放置在移動平臺7上面，在計算機8程序的控制下，可以在X、Y方向上移動。移動平臺7連接一個空氣壓縮機9，壓縮空氣形成的氣墊將移動平臺7懸浮在平板10的上方，可實現(xiàn)無摩擦平動。
將該基板放置于激光掃描移動平臺上，平臺移動方向平行于激光偏振方向，調節(jié)激光脈沖寬度為5ns，脈沖頻率為10Hz，波長為355nm，入射角度為20°，入射光束功率密度為20mJ/cm2，偏振方向為面內偏振，移動速率為0.5mm/s，重復掃描次數(shù)為5次。從所得的原子力顯微鏡圖像來看，在材料表面生成了非常規(guī)整的溝槽結構，完全符合全息光柵的要求。
圖3為實施例1得到的溝槽結構的原子力顯微鏡圖像。
從圖中可知，實施例1中在聚酰亞胺表面上所得到的表面溝槽間距約為330nm，經(jīng)測量深度約為90nm；圖4為實施例2得到的溝槽結構的掃描電子顯微鏡圖像。
從圖中可知，實施例2中在聚酰亞胺表面上所得到的表面溝槽間距約為200nm，另外經(jīng)測量溝槽深度約為23nm；圖5是實施例3得到的溝槽結構的原子力顯微鏡圖像。
從圖中可知，實施例3中在聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜表面上所得到的表面溝槽間距約為185nm，經(jīng)測量溝槽深度約為50nm。
權利要求
1.一種全息光柵制作方法。其特征在于采用激光掃描的方法，將選用的光柵材料清洗切割后，放到一個由計算機控制的移動平臺上進行激光步進式線掃描，激光脈沖寬度為1～20ns，脈沖頻率為5～10Hz，入射角度0～60，入射光束功率密度為5～100mJ/cm2，移動速率為0.001～10mm/s，掃描后經(jīng)表面清理、組裝后，鍍上金屬膜得成品。
2.如權利要求1所說的一種全息光柵制作方法，其特征在于所選用的光柵材料可以是半導體、聚合物、晶體、玻璃等。
全文摘要
一種全息光柵制作方法,采用激光掃描的方法,利用單光束與它在材料表面形成的表面擴散波干涉的原理,在材料表面形成直線型的溝槽結構,制作可變間距、可變深度的全息光柵,將選用的光柵材料清洗切割后,放到一個由計算機控制的移動平臺上進行激光步進式線掃描,通過調節(jié)掃描的脈沖寬度、頻率、入射角度、功率密度等工藝參數(shù),在材料表面上得到規(guī)整的溝槽結構。本發(fā)明工藝簡單,容易控制,材料可選范圍較大,便于根據(jù)實際用途靈活選用,從而進一步控制成本。
文檔編號G02B5/32GK1335521SQ0112656
公開日2002年2月13日 申請日期2001年8月28日 優(yōu)先權日2001年8月28日
發(fā)明者路慶華, 朱承翔, 李梅, 陸學民, 王宗光 申請人:上海交通大學