一種全息制作平面閃耀光柵的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種衍射光學元件的制備方法，具體涉及全息平面閃耀光柵的制備新方案。
【背景技術】
[0002]衍射光柵一種重要的分光器件，在計量、成像、信息處理、集成光學和光通信等新興領域被越來越多地采用。當光柵刻劃成鋸齒形的線槽斷面時，光柵的光能量便集中在預定的方向上，即閃耀光柵某一級光譜上。從這個方向探測時，光譜的強度最大，極大地提高了光柵的衍射效率。
[0003]通常制作閃耀光柵最常用的方法是全息離子束刻蝕技術，如圖1所示，用全息的干涉的方法在涂布光刻膠的基底表面進行光刻，然后通過顯影工藝，得到表面浮雕的光刻膠掩模，最后通過離子束傾斜刻蝕得到閃耀光柵，這種方法對光刻膠掩模的占寬比，槽深提出了極高的要求，而且對離子束刻蝕時的離子束的發散角有較高要求。目前還沒有非常有效的方法控制光刻膠掩模的槽型和離子束刻蝕的深度，另外一方面，為了得到精確的閃耀角，需要大量的工藝實驗，摸索離子束的刻蝕角度和刻蝕時間。專利申請號[CN 102360093A]提出了采用同質掩模法來精確控制閃耀角，該方法需要兩次離子束刻蝕，工藝復雜。因此很有必要尋求一種新方法來制作平面閃耀光柵，來解決上述問題。
[0004]偶氮化合物具有光致質量迀移特性。當激光照射在偶氮化合物上，偶氮分子會發生整體移動，形成宏觀的質量迀移，這種現象叫光致質量迀移。在干涉的偏振激光輻照下，偶氮聚合物薄膜表面發生光致質量迀移，偶氮聚合物從亮處迀移到暗處，在聚合物薄膜表面形成規則的正弦波形起伏光柵。再利用特殊偏振態的偏振光照射能夠是形成的表面起伏光柵進行不對稱的質量迀移。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于通過簡單的工藝方法來得到精確閃耀角的平面閃耀光柵。根據本發明的目的提出了一種全息制作平面閃耀光柵的新方法，具體的制作步驟如下:
(1)將偶氮化合物溶解在溶劑中；
(2)在玻璃基地上旋涂偶氮化合物薄膜；
(3)真空加溫退火；
(4)對所述的偶氮化合物薄膜上采用左旋圓偏振光和右旋圓偏振光進行干涉光刻，在其表面形成起伏的正弦型光柵；
(5)用偏振方向垂直于光柵線條的單束線偏振光對所述正弦型偶氮光柵進行傾斜照明，偶氮化合物分子形成不對稱的質量迀移，形成三角形的閃耀光柵。
[0006]上述技術方案中，步驟(I)中，偶氮化合物可以選用鏈懸掛偶氮苯小環的功能性聚合物Pcyclic-AzoMMA，溶劑選用無水無氧的四氫呋喃，該溶劑容易溶解Pcyclic-AzoMMA化合物，具有較低的沸點，小于Pcyclic-AzoMMA的玻璃化溫度。
[0007]上述技術方案中，步驟(2)中涂布的偶氮化合物薄膜，旋涂厚度250nm-350nm。
[0008]步驟(3)真空加溫退火過程:在室溫下將樣品薄膜放入真空烘箱中，抽真空兩小時后關閉氣閥。加熱升溫至偶氮聚合物Pcyclic-AzoMMA玻璃化溫度以上10°C，在此溫度下停留12小時，最后將真空烘箱自然緩慢降至室溫后取出樣品，真空干燥備用。
[0009]步驟(4)用左旋圓偏振光(LCP)和右旋圓偏振光(RCP)進行干涉光刻，單光束強度為 60mW/cm2至 80mW/cm 2，曝光時間均為 1600s 至 2300s。
[0010]步驟(5)采用偏振方向垂直于光柵線條的單束線偏振光對所述正弦型偶氮光柵進行傾斜照明，入射角40°，偶氮化合物分子在傾斜照明條件下發生不對稱質量迀移，形成三角形的閃耀光柵。曝光參數，光強100mW/cm2至120mW/cm 2，照明時間300s至900s，閃耀角發生連續變化:24.5°至10.5°。
[0011]由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點:
在偶氮化合物薄膜上，采用兩步法全息制作閃耀光柵，先用左旋圓偏振光(LCP)和右旋圓偏振光(RCP)產生干涉條紋，在偶氮化合物上制作正弦型表面起伏光柵；再用偏振方向垂直于光柵線條的單束線偏振光傾斜照射形成不對稱的閃耀光柵，通過控制光照時間和激光照射能量就可以精確控制光柵形變量，從而精確控制閃耀光柵的閃耀角。
【附圖說明】
[0012]圖1全息刻蝕制作平面閃耀光柵的常規流程；
圖2本發明制作平面閃耀光柵的流程；
圖3全息干涉光刻(LCP+RCP)示意圖，其中Laser為413.1nm的Kr+激光器，PBS是偏振分光棱鏡，QWP是四分之一波片，HWP是二分之一波片。LD為650nm的半導體激光器，D是檢測光柵一級衍射光的光電探測器，M2和M3是反射鏡，Sample是偶氮化合物薄膜樣品。
【具體實施方式】
[0013]為了更清楚地說明本發明或現有的技術方案，下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述。
[0014]實施例:一種全息制作平面閃耀光柵的方法，如圖2所示，包括以下幾個步驟:
1、偶氮薄膜制備，將鏈懸掛偶氮苯小環的功能性聚合物Pcyclic-AzoMMA溶于提純后的無水無氧THF中配成濃度為40mg/mL的溶液，用帶有孔徑大小為0.22um的過濾頭針筒過濾除塵，然后將聚合物溶液滴加到潔凈的玻璃基片上，通過旋凃機高速旋轉將偶氮聚合物均勻的涂布到基片表面。
[0015]2、在真空烘箱中加溫至偶氮聚合物Pcyclic-AzoMMA玻璃化溫度以上10°C，約120°C至130°C，在此溫度下烘烤12小時，最后將真空烘箱自然緩慢降至室溫后取出樣品，保存好樣品，真空干燥備用。
[0016]3、全息干涉記錄，記錄光路如附圖3所示，全息光刻裝置，包括波長為413.1nm的氪離子激光器，半波片、格蘭棱鏡、四分之一波片、反射鏡，激光器產生的激光經過用以調節激光偏振態的半波片，經過格蘭棱鏡分成兩束光，一束光通過四分之一波片后變成左旋圓偏振光，另一束光通過四分之一波片后變成右旋圓偏振光，左旋圓偏振光和右旋圓偏振光在氮化合物薄膜上進行干涉光刻形成正弦型光柵；單束光強為60mW/cm2至80mW/cm2，曝光時間為1600s至2300s。
[0017]4、傾斜光照明，用偏振方向垂直于柵線條的單束線偏振光傾斜照表面起伏光柵，入射角度40°，正弦光柵在傾斜照明的條件下發生不對稱的質量迀移，從而得到閃耀光柵。由于正弦型光柵在電場力作用下變成不對稱的閃耀光柵這個過程中，形變是連續的，因此閃耀角也是連續變化的，只要控制傾斜照明的時間和照射能量就可以精確控制光柵形變，得到預定閃耀角的閃耀光柵。傾斜照明參數，光強lOOmW/cm2至120mW/cm 2，照明時間10s至900s，閃耀角發生連續變化:24.5°至10.5°。
【主權項】
1.一種全息制作平面閃耀光柵的方法，包括偶氮化合物薄膜涂布步驟，真空加溫退火生成偶氮化合物薄膜的步驟，其特征在于還包括以下兩個步驟: (1)對偶氮化合物薄膜進行干涉光刻，在其表面形成起伏的正弦型光柵； (2)用偏振方向垂直于光柵線條的單束線偏振光對所述正弦型光柵進行傾斜照明。2.如權利要求1所述的全息制作平面閃耀光柵的方法，其特征在于:所述偶氮化合物薄膜涂布步驟中所用的偶氮化合物為PcycliC-AzoMMA。3.如權利要求2所述的全息制作平面閃耀光柵的方法，其特征在于:偶氮化合物溶液為由Pcyclic-AzoMMA溶解在無水無氧的四氫呋喃溶劑中而制成的溶液。4.如權利要求1至3之一所述的全息制作平面閃耀光柵的方法，其特征在于:偶氮化合物薄膜涂布厚度250nm-350nmo5.如權利要求1所述的全息制作平面閃耀光柵的方法，其特征在于所述真空加溫退火的步驟為:將涂布好的偶氮化合物薄膜的樣品放入真空烘箱中，抽真空，樣品在真空烘箱中放置兩小時后加熱升溫至偶氮化合物玻璃化溫度以上，在此溫度下停留12小時，最后將真空烘箱自然緩慢降至室溫后取出樣品，真空干燥備用。6.如權利要求1所述的全息制作平面閃耀光柵的方法，其特征在于:對所述的偶氮化合物薄膜進行干涉光刻時用左旋圓偏振光和右旋圓偏振光進行干涉光刻，單光束強度為60mW/cm2至 80mW/cm2，曝光時間均為 1600s 至 2300s。7.如權利要求6所述的全息制作平面閃耀光柵的方法，其特征在于所述真空加溫退火生成偶氮化合物薄膜的步驟:在室溫下將樣品薄膜放入真空烘箱中，抽真空，樣品在真空烘箱中放置兩小時后加熱升溫至偶氮化合物玻璃化溫度以上，在此溫度下停留12小時，最后將真空烘箱自然緩慢降至室溫后取出樣品，真空干燥備用。8.如權利要求7所述的全息制作平面閃耀光柵的方法，對所述的偶氮化合物薄膜進行干涉光刻時用左旋圓偏振光和右旋圓偏振光進行干涉光刻，單光束強度為60mW/cm2至80mW/cm2，曝光時間均為1600s至2300s。9.如權利要求1至3、5至8之一所述的全息制作平面閃耀光柵的方法，其特征在于對所述正弦型光柵進行傾斜照明時:光照的入射角為40°，光強lOOmW/cm2至120mW/cm2，照明時間300s至900s。
【專利摘要】本發明公開了一種新的平面閃耀光柵的制作方法，在偶氮化合物薄膜上，采用兩步法全息制作閃耀光柵。先用左旋圓偏振光（LCP）和右旋圓偏振光（RCP）產生干涉條紋，在偶氮化合物上制作正弦型表面起伏光柵；再用偏振方向垂直于光柵線條的單束線偏振光傾斜照射形成不對稱的閃耀光柵。通過控制光照時間和激光照射能量就可以精確控制光柵形變量，從而精確控制閃耀光柵的閃耀角。
【IPC分類】G03F7/20, G02B5/18
【公開號】CN104914493
【申請號】CN201510295000
【發明人】鄒文龍, 吳建宏, 許立雄, 王健
【申請人】蘇州大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月2日