CN101576627B - 基于pet的曲面亚波长光栅的制作方法 - Google Patents
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Abstract
基于PET的曲面亚波长光栅的制作方法，其特征是以PET为光栅材料，包括如下几个步骤：首先应用微细加工技术制备用于热压印的光栅硅模版，然后把光栅硅模版和PET基片在真空环境下加热，之后进行热压，一段时间后冷却脱模完成平面亚波长光栅的制作，最后将PET平面亚波长光栅基片弯曲粘附在曲面上，固化后得曲面亚波长光栅。本发明方法操作灵活，制造成本低，光栅效率高，易于实现；基于PET平面光栅制得的曲面光栅，具有很高的表面精度，质量好，条纹清楚，具有平面光栅和透镜两种光学元件的功能，可以大大简化光路。
Description
技术领域
本发明涉及一种亚波长光栅的制作方法，属于光栅制作技术领域。
背景技术
亚波长光栅是比光的波长小一个周期的光栅，可以作为制止大范围光谱中不需要的反射的抗反射面，选择合适的材料和方法高效率地制作高质量，高表面精度的光栅具有重大意义。
目前较为成熟的光栅制作材料有聚甲基丙烯酸甲酯PMMA和SU-8胶。
聚甲基丙烯酸甲酯PMMA具有优越的光学性能，是一种高度透明的热塑性塑料，它具有良好的电性能和耐化学腐蚀能力，在光栅的制作方面有一定的应用。但是，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的表面硬度不高，抗冲击性能低，成型流动性能差，冷却速度快，制品易产生内应力，因此，以PMMA加工光学产品存在着一定的局限性。
SU-8胶是一种光刻胶，是一种负型胶。它有良好的光敏性，尤其是在紫外光波段具有很低的吸收率。SU-8胶本身也具有良好的力学性能，可以直接用来作为微光学元件。但是，SU-8胶去胶非常困难，它具有非常好的化学稳定性，所以一般有机溶剂都不起作用，这一性质也制约着它的使用。
聚对苯二甲酸乙二醇酯PET是一种高度结晶性的聚合物。它具有较低的玻璃化温度，因此可以允许较低的热压印温度。PET具有较低的刚性和表面能，可以方便脱模。但是，这种材料通常是应用在汽车工业，电器元件，流体食品包装领域，迄今为止，PET并没有应用在光栅的制作领域。
曲面光栅具有平面光栅和透镜两种光学器件的功能，可以简化光路，提高光学器件的制作效率，降低成本，在一些由发达国家开发的光学位移传感器中都有用到曲面光栅，这些传感器可以用在工业生产中电磁场较强的场所，能替代现有容易受电磁信号干扰电磁式位移传感器，在环境较为恶劣的场所使用，具有很宽的应用前景。然而传感器的应用要求曲面上的光栅图形比较理想，圆度比较高，这给实际的传感器制作带来不可解决的难题。关于曲面光栅的制作，目前国内还无法直接在曲面上刻划光栅，并且直接刻划法很难到达光学级别的精度，而通过将制得的平面光栅弯曲粘贴到曲面上的方法得到的曲面光栅容易产生褶皱，影响光栅的质量。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的技术问题，提供一种基于PET的曲面亚波长光栅的制作方法，选用现有的PET材料为基片，利用热压印的方法制作平面光栅，然后再将基片弯曲粘到曲面上来获得曲面光栅。由于PET具有良好的流动成型性，使得基于PET的曲面光栅制作过程简单、方便，光栅质量好，条纹清楚，提高制作效率，降低成本。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明基于PET的曲面亚波长光栅的制作方法的特点是按如下步骤进行：
a、利用全息光刻系统在硅衬底表面UVIII胶层上制作亚波长光栅图形，形成图形转移胶层，以所述图形转移胶层作为刻蚀掩模，利用刻蚀机执行反应离子深刻蚀，将所述亚波长光栅图形转移到硅衬底上，再去除图形转移胶层得到光栅硅模版；
b、将PET片材切割成所需要的形状并清洗得到PET基片，所述PET基片与光栅硅模版在真空环境中，共同加热到90℃后，继续以90℃烘烤20分钟；
c、在真空环境、90℃、施加2Mpa的压印压力，将所述光栅硅模版压入经加热软化的PET基片，保持环境条件及压印压力10分钟；
d、在压印压力没有撤走之前开始降温，当温度降到30度时，分离光栅硅模版和PET基片，得到PET平面亚波长光栅基片；
e、用胶粘剂将步骤c所得PET平面亚波长光栅基片粘贴在曲面上，且光栅图形向外，胶粘剂固化即得到基于PET的曲面亚波长光栅。
本发明方法的特点也在于：
在所述步骤a中采用SF6、C4F8和O2的混合气体作为刻蚀气体，所述刻蚀气体按体积比的SF6∶C4F8∶O2为35∶85∶10。
所述步骤e中的胶粘剂采用双组份胶粘剂DG-4。
本发明光栅为周期小于光波长一个周期的亚波长光栅。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明在光栅的制作材料上选择了流动性良好的PET，大大改善了聚合物的填充效果，并且PET具有较低的表面能，方便脱模，提高了光栅的表面精度；采用热压印技术，大大改善了制作光栅的质量；
2、本发明制作光栅模版时用SF6、C4F8和O2的混合气体作为刻蚀气体，可以获得最小粗糙度的高垂直边壁；
3、本发明选用双组份胶粘剂DG-4将平面光栅基片直接粘在曲面上获得曲面光栅，由于PET良好的流动成型性，曲面光栅表面精度高，提高了制作效率，降低了成本，解决了曲面光栅的制作难题。
以下通过具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
本实施例基于PET的曲面亚波长光栅的制作过程为：
1、利用全息光刻系统在硅衬底表面UVIII胶层上制作亚波长光栅图形，形成图形转移胶层，以图形转移胶层作为刻蚀掩模，采用STS公司的ICP刻蚀机执行反应离子深刻蚀，将亚波长光栅图形转移到硅衬底上，再去除图形转移胶层得到光栅硅模版；这一步骤中，可以使用SF6、C4F8和O2的混合气体作为刻蚀气体来获得最小粗糙度的高垂直边壁，刻蚀气体按体积比的SF6∶C4F8∶O2为35∶85∶10。
2、将PET片材切割成所需要的形状并清洗得到PET基片，所述PET基片与光栅硅模版在真空环境中，共同加热到90℃后，继续以90℃烘烤20分钟；
3、在真空环境、90℃、施加2Mpa的压印压力，将光栅硅模版压入经加热软化的PET基片，保持环境条件及压印压力10分钟；
4、在压印压力没有撤走之前开始降温，当温度降到30度左右时，分离光栅硅模版和PET基片，在PET表面形成光栅图形，得到PET平面亚波长光栅基片；
5、用双组份胶粘剂DG-4将步骤c所得PET平面亚波长光栅基片粘贴在曲面上，且光栅图形向外，胶粘剂固化即得到基于PET的曲面亚波长光栅。
Claims (3)
1.基于PET的曲面亚波长光栅的制作方法，其特征是按如下步骤操作：
a、利用全息光刻系统在硅衬底表面UVIII胶层上制作亚波长光栅图形，形成图形转移胶层，以所述图形转移胶层作为刻蚀掩模，利用刻蚀机执行反应离子深刻蚀，将所述亚波长光栅图形转移到所述硅衬底上，再去除所述图形转移胶层得到光栅硅模版；
b、将PET片材切割成所需要的形状并清洗得到PET基片，所述PET基片与所述光栅硅模版在真空环境中，共同加热到90℃后，继续以90℃烘烤20分钟；
c、在90℃的真空环境中，施加2Mpa的压印压力，将所述光栅硅模版压入经加热软化的所述PET基片，保持环境条件及压印压力10分钟；
d、在压印压力没有撤走之前开始降温，当温度降到30度时，分离所述光栅硅模版和所述PET基片，得到PET平面亚波长光栅基片；
e、用胶粘剂将步骤d所得PET平面亚波长光栅基片粘贴在曲面上，且光栅图形向外，胶粘剂固化即得到基于PET的曲面亚波长光栅。
2.根据权利要求1所述的基于PET的曲面亚波长光栅的制作方法，其特征是在所述步骤a中采用SF6、C4F8和O2的混合气体作为刻蚀气体，所述刻蚀气体按体积比的SF6∶C4F8∶O2为35∶85∶10。
3.根据权利要求1所述的基于PET的曲面亚波长光栅的制作方法，其特征是所述步骤e中的胶粘剂采用双组份胶粘剂DG-4。
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