CN103376486B - 一种介质膜光栅的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光栅制作技术领域，公开了一种介质膜光栅的制作方法，首先制作母光栅；然后采用镀膜沉积技术在母光栅的光栅面上镀介质膜层；之后利用热塑性粘结剂将一光栅基片粘结于介质膜层上；最后将母光栅与介质膜层分离，得到由光栅基片与介质膜层构成的介质膜光栅；其中，在镀膜沉积过程中，通过控制和改变膜料的沉积方向和沉积速率，在母光栅的光栅面上形成周期倒梯形结构的介质膜层。本发明通过控制膜料沉积方向和速度，来控制介质膜光栅的膜层结构及厚度，避免了一些硬质膜系材料的刻蚀，同时可以实现较深凹槽深度的介质膜光栅的制作，适用于全息光栅的复制，有利于增加膜层结构的设计及控制光栅衍射效率，提高了光栅制作效率。
Description
技术领域
本发明涉及光栅制作技术领域，尤其涉及一种介质膜光栅的制作方法。
背景技术
光栅作为一种优良的色散元件，在光通信领域，光谱分析领域得到了广泛的运用。近年来，特别是光刻法全息光栅工艺的出现和完善，大大提高了光栅的制作效率和光栅质量。使光栅得以在更广泛的领域里发挥作用。
近年来光刻法制作全息光栅工艺得到大力的发展，光刻工艺和光栅复制工艺都在不断的完善，但目前依然存在一定的局限性。采用光刻法制作全息光栅的大致工艺流程为：涂胶——曝光——显影——刻蚀。为了提高光栅衍射效率，同时降低刻蚀难度，通常会在基底上镀多层介质膜，之后在涂胶、曝光、显影和刻蚀。采用这种先镀膜后刻蚀的光刻工艺，依然存在至少两类问题：一类是光刻深度不足，目前采用离子束等刻蚀技术刻蚀光栅，只有极少数材料可以刻蚀到理想深度，而对于大多数材料来说，要想刻蚀到理想的深度，技术难度都较大；另一类是有些膜料采用等离子束等刻蚀方法进行刻蚀，刻蚀速率很低，刻蚀困难。
美国专利局公告的专利《Blazed holographic grating, method for producing the same and replica grating》(《闪耀全息光栅，及复制光栅的方法》，专利号：US 7455957 B2)公开了一种复制光栅的方法，其复制过程是：先在母光栅表面喷涂上一层脱模剂，然后再在脱模层上镀一层金属膜；之后采用一种热塑性粘结剂将复制光栅基片和金属膜层粘结在一起；最后在脱模剂层上，将母光栅和复制光栅分开，得到所复制的光栅。这种复制光栅的方法主要运用在闪耀光栅上的复制，对于全息光栅的复制尚存在一些技术问题需要攻克，如母光栅凹槽刻蚀深度提高问题，以及凹槽深度提高后，母光栅和复制光栅分开困难等问题。
发明内容
本发明提出一种介质膜光栅的制作方法，适用于全息光栅的复制，有利于增加膜层结构的设计及控制光栅衍射效率。
为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为：一种介质膜光栅的制作方法，包括如下步骤：a）制作母光栅；b）采用镀膜沉积技术在母光栅的光栅面上镀介质膜层；c）利用热塑性粘结剂将一光栅基片粘结于介质膜层上；d）将母光栅与介质膜层分离，得到由光栅基片与介质膜层构成的介质膜光栅；其中，在镀膜沉积过程中，通过控制和改变膜料的沉积方向和沉积速率，使得膜料在母光栅凹槽底部和侧面的沉积量小于在母光栅槽墩端面的沉积量，最终在母光栅的槽墩端面上形成周期倒梯形结构的介质膜层。
进一步的，所述镀膜沉积技术为热蒸发镀膜结合离子束辅助沉积技术，或者是溅射镀膜技术。
进一步的，所述介质膜层为单层或多层膜结构。
进一步的，所述膜料为Si3N4、TiO2或Ta2O5。
进一步的，所述母光栅为全息光栅，采用光刻胶技术或等离子束刻蚀技术制作。
进一步的，所述光栅基片为双面抛光的熔石英平片。
进一步的，所述热塑性粘结剂为热塑性环氧胶。
进一步的，所述介质膜光栅为透射光栅或反射光栅，其光栅槽形为三角形或倒梯形。
本发明的有益效果：本发明的一种介质膜光栅的制作方法，通过控制膜料沉积方向和速度，来控制介质膜光栅的膜层结构及厚度，避免了一些硬质膜系材料的刻蚀，同时可以实现较深凹槽深度的介质膜光栅的制作，适用于全息光栅的复制，有利于增加膜层结构的设计及控制光栅衍射效率，提高了光栅制作效率。
附图说明
图1-4为本发明实施例一示意图；
图5-6为本发明实施例二结构示意图；
图7-8为本发明实施例三结构示意图。
标记说明：1、母光栅；2、膜料； 3a、单层介质膜层；3b、三层介质膜层；3c、双层介质膜层；4、光栅基片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
本发明介质膜光栅制作方法，包括如下步骤：a）制作母光栅1；b）采用镀膜沉积技术在母光栅1的光栅面上镀介质膜层；c）利用热塑性粘结剂将一光栅基片4粘结于介质膜层上；d）将母光栅1与介质膜层分离，得到由光栅基片4与介质膜层构成的介质膜光栅；其中，在镀膜沉积过程中，通过控制和改变膜料2的沉积方向和沉积速率，在母光栅1的光栅面上形成周期倒梯形结构的介质膜层。
如图1-4为实施例一，具体步骤为：1）制作母光栅，采用光刻胶技术或等离子束刻蚀技术制作全息光栅作为母光栅1，如在一片熔石英抛光平片的抛光面上涂上一层约1.5微米厚度的光刻胶，将涂好光刻胶的抛光平面进行全息曝光并显影得到如图1所示的光刻胶全息光栅；2）镀制介质膜层，采用热蒸发镀膜结合离子束辅助沉积技术在母光栅1的光栅面上镀介质膜层，如图1所示，箭头表示各个方向的镀膜膜料2；镀膜过程中，以一定的规律，不断地改变膜料2相对于母光栅1光栅面的沉积方向，并控制好膜料2沉积厚度，使得膜料2在母光栅1凹槽底部和侧面的沉积量小于在母光栅1槽墩端面的沉积量，最终在母光栅1的槽墩端面上形成倒梯形结构的单层介质膜层3a，如图2所示；3）粘结基片，采用热塑性粘结剂，如热塑性环氧胶，将一光栅基片4粘结于该单层介质膜层3a上，如图3所示，该光栅基片可以是双面抛光的熔石英等光学玻璃平片或光学晶体平片；4）分离母光栅，将母光栅1与该单层介质膜层3a分离，得到由光栅基片4与单层介质膜层3a构成的介质膜光栅，如图4所示，该介质膜光栅具有三角形的光栅槽，其槽深和斜角度均可由镀膜方向、速度、厚度来设定。
其中，膜料2可以是Si3N4、TiO2或Ta2O5等镀膜材料，也可以采用溅射镀膜技术进行镀膜。在镀膜过程中，膜料2相对于母光栅1光栅面的沉积方向属于一种动态变化的方向，膜料2沉积方向和膜料2沉积速率的设计控制是实现光栅面上膜层结构精确控制的关键。本发明主要是利用光栅周期性的槽型结构和膜料倾斜沉积方法，膜料2在倾斜沉积过程中，光栅槽墩就具有阻挡膜料2沉积的作用，在光栅凹槽底端和侧面上的膜料沉积量就可以通过调节膜料沉积方向来调制。光栅槽墩上面的膜料沉积则不受槽墩的阻挡，但当光栅槽墩上的膜料沉积具有一定厚度后，其自身会对倾斜沉积的膜料有阻挡作用，即膜料除了沉积在膜层的上端面外，还沉积在膜层的侧面。这样，沉积在膜层上端面的膜料就增加膜层厚度，而沉积在膜层侧面的膜料就扩大膜层的上端面，最终膜层端面将覆盖整个光栅面，在持续动态沉积过程中，膜层就形成了类似倒梯形的结构，而该倒梯形结构的侧边倾角就取决于膜料的沉积方向及其变化速率。
如图5和6所示为本发明实施例二，其制作方法与实施例一相似，不同的是在镀膜过程中，采用了三种不同材料的膜层，形成了三层介质膜层3b的结构。
图7和图8所示为本发明实施例三，其制作方法也与实施例一相似，不同的是在镀膜过程中采用了两种不同材料的膜层，形成了双层介质膜层3c的结构；而且，其膜层厚度也不同，使膜层顶端不至于完全遮住光栅面，实现槽底具有一定宽度的多层介质膜光栅的制作。如图8所示，该介质膜光栅具有倒梯形结构的光栅槽。
该方法可以用于制作透射式光栅或反射式光栅。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种介质膜光栅的制作方法，包括如下步骤：a）制作母光栅；b）采用镀膜沉积技术在母光栅的光栅面上镀介质膜层；c）利用热塑性粘结剂将一光栅基片粘结于介质膜层上；d）将母光栅与介质膜层分离，得到由光栅基片与介质膜层构成的介质膜光栅；其特征在于：在镀膜沉积过程中，通过控制和改变膜料的沉积方向和沉积速率，使得膜料在母光栅凹槽底部和侧面的沉积量小于在母光栅槽墩端面的沉积量，最终在母光栅的槽墩端面上形成周期倒梯形结构的介质膜层。
2.如权利要求1所述一种介质膜光栅的制作方法，其特征在于：所述镀膜沉积技术为热蒸发镀膜结合离子束辅助沉积技术，或者是溅射镀膜技术。
3.如权利要求1所述一种介质膜光栅的制作方法，其特征在于：所述介质膜层为单层或多层膜结构。
4.如权利要求1所述一种介质膜光栅的制作方法，其特征在于：所述膜料为Si3N4、TiO2或Ta2O5。
5.如权利要求1所述一种介质膜光栅的制作方法，其特征在于：所述母光栅为全息光栅，采用光刻胶技术或等离子束刻蚀技术制作。
6.如权利要求1所述一种介质膜光栅的制作方法，其特征在于：所述光栅基片为双面抛光的熔石英平片。
7.如权利要求1所述一种介质膜光栅的制作方法，其特征在于：所述热塑性粘结剂为热塑性环氧胶。
8.如权利要求1所述一种介质膜光栅的制作方法，其特征在于：所述介质膜光栅为透射光栅或反射光栅，其光栅槽形为三角形或倒梯形。
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