CN107037515B - 一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法 - Google Patents

一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107037515B
CN107037515B CN201710357385.0A CN201710357385A CN107037515B CN 107037515 B CN107037515 B CN 107037515B CN 201710357385 A CN201710357385 A CN 201710357385A CN 107037515 B CN107037515 B CN 107037515B
Authority
CN
China
Prior art keywords
grating
sub
pua
light beam
wavelength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710357385.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107037515A (zh
Inventor
陈火耀
刘颖
梁举曦
王宇
刘正坤
邱克强
徐向东
洪义麟
付绍军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology of China USTC
Original Assignee
University of Science and Technology of China USTC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology of China USTC filed Critical University of Science and Technology of China USTC
Priority to CN201710357385.0A priority Critical patent/CN107037515B/zh
Publication of CN107037515A publication Critical patent/CN107037515A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107037515B publication Critical patent/CN107037515B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1847—Manufacturing methods
    • G02B5/1857—Manufacturing methods using exposure or etching means, e.g. holography, photolithography, exposure to electron or ion beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11—Anti-reflection coatings
    • G02B1/118—Anti-reflection coatings having sub-optical wavelength surface structures designed to provide an enhanced transmittance, e.g. moth-eye structures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法，首先利用全息离子束刻蚀方法在熔石英基底上制作亚波长光栅模板；在亚波长光栅模板上滴少许PUA紫外压印胶，然后将PET薄膜盖到PUA上，利用紫外光照射PUA使其固化，将固化后的PUA与光栅模板分离，得到亚波长光栅软模；光束采样光栅的表面清洗后，在上面旋涂PMMA压印胶，将亚波长光栅软模覆盖到PMMA上面，软模光栅条纹方向与光束采样光栅条纹方向可以平行、垂直或者成角度，用夹持机构将两者压紧，放到烘箱中加热固化，将亚波长光栅软模和基底分离，在PMMA上形成亚波长光栅；然后利用氧等离子体灰化去除PMMA光栅的底层残余胶，利用到底的PMMA亚波长光栅掩模，使用CHF3反应离子束刻蚀，最后清洗去除残余胶，即得到具有增透减反效果的光束采样光栅。

Description

一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法
技术领域
本发明涉及一种光学元件表面的增透减反方法，特别是关于强激光系统中光束采样光栅的光栅面的增透减反方法。
背景技术
光束采样光栅是强激光系统中用于诊断入射光束的能量、功率及空间分布等的一类光学元件。对于诊断的入射波长351nm，其-1级衍射光聚焦在光强探测器表面，衍射效率约0.2％，由探测器测量结果推算入射光的相关特征。
在强激光系统中，需要采用大量的光学元器件，因此在这种复杂的光学系统中，光学元件表面对光束的反射是不容忽视的，直接造成能量的损失，且反射的光可能会对光路中的其他光学器件造成影响，因此对光学元件表面进行减反处理至关重要。对于熔石英光学元件，一般其表面的反射率约3.5％，若经过10次界面反射，其能量损失达30％。在强激光系统中，光学元件的激光损伤阈值有比较高的要求，通常使用的离子束溅射薄膜减反层并不适用，因为其降低了光学元件的损伤阈值，因此现在普遍采用的是二氧化硅溶胶-凝胶减反膜，在光学表面上形成一层具有气孔结构的二氧化硅薄膜，配合深度的选择达到增透减反的效果。二氧化硅溶胶-凝胶可以用旋涂、提拉或者弯月面等方式涂覆在光学表面，适用于大尺寸的光学器件，而且具有跟基底同级别的激光阈值。
然而二氧化硅溶胶-凝胶减反膜由于其疏松多孔的结构，会吸附环境中的有机物造成自身的污染，导致透过率和损伤阈值的严重下降。吸附的有机物会改变自身的折射率(等效折射率)，如果在光束采样光栅面上使用该减反膜会改变-1级衍射效率及整体的均匀性，从而导致诊断的不准确，因此实际使用中，光束采样光栅只有背面涂减反膜，而光栅面则不做处理。
目前强激光系统中采用的减反方案是使用的溶胶凝胶薄膜，但是该薄膜容易受到污染，从而导致透过率及激光损伤阈值的下降，且污染后折射率发生变化，若使用在光束采样光栅的光栅表面，会带来诊断的不准确。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法，以解决目前减反膜存在的性能及稳定性问题。
本发明提出了一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法，在光束采样光栅的光栅面上制作亚波长光栅结构，达到增透减反的效果。其包括以下步骤：
(1)在基底上旋涂光刻胶，然后利用波长为413.1nm的Kr+离子激光器进行全息曝光，得到亚波长光栅的光刻胶掩模，线密度在4500lines/mm以上，占宽比0.3～0.5，再利用CHF3反应离子束刻蚀，深度为100～200nm，最后清洗去除残余光刻胶得到亚波长光栅模板；
(2)清洗好亚波长光栅模板后，在上面滴聚氨酯丙烯酸酯(PUA)紫外压印胶，然后静置，使PUA填充模板，期间使用热台加热至50℃，可更充分的填充模板，然后将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜盖到PUA上，从一侧到另一侧慢慢贴合，保证模板、PUA、PET能充分贴合；最后利用紫外光照射PUA，使PUA固化，PET薄膜与PUA的接触面须进行灰化处理，以增强其表面的附着力；
(3)将固化后的PUA与光栅模板分离，由于PET的表面结合力强，因此PUA与PET结合在一起，形成亚波长光栅软模；
(4)将光束采样光栅的表面清洗后，在上面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)压印胶，厚度为200～300nm；
(5)将亚波长光栅软模覆盖到PMMA上面，软模光栅条纹方向与光束采样光栅条纹方向平行、垂直或者成角度，然后用夹持机构将软模光栅和光束采样光栅压紧，放到烘箱中加热至100-150℃固化，优选130℃；
(6)将亚波长光栅软模和基底分离，在PMMA上形成亚波长光栅，然后利用氧等离子体灰化去除PMMA光栅的底层残余胶；
(7)利用到底的PMMA亚波长光栅掩模，使用CHF3反应离子束刻蚀，刻蚀深度为70-80nm；
(8)最后清洗去除残余胶，即得到具有增透减反效果的光束采样光栅。
所述光束采样光栅和亚波长光栅结构是制作在基底的同一面，两光栅条纹方向可以垂直、平行或成角度。
所述步骤(1)中，利用全息离子束刻蚀工艺制作具有周期结构的亚波长光栅减反结构，其尺寸可以达100×100mm2及以上。
所述步骤(2)-(6)中，利用纳米压印的方法在具有微纳图形结构(如光束采样光栅槽形轮廓)的非平面光学表面制作亚波长光栅掩模。
所述步骤(7)中，利用大尺寸反应离子束刻蚀机在已有图形结构(如亚波长光栅掩模)的光束采样光栅表面刻蚀亚波长光栅减反结构。
本发明与现有技术相比的优点在于：目前强激光系统中采用的增透减反方案是使用的溶胶凝胶薄膜，但是该薄膜容易受到污染，从而导致透过率及激光损伤阈值的下降，且污染后折射率发生变化，若使用在光束采样光栅的光栅表面，会带来诊断的不准确。本发明提出一种在光栅基底上直接制作减反结构的方法，采取直接在光栅面上制作亚波长增透减反结构，这种结构不易被环境中的无机物污染，性能稳定，且减反结构材料与基底一致，因此，具有与基底同级别的激光损伤阈值，达到增透减反的效果，波长为351nm的入射光透过率平均值>95％，解决了溶胶凝胶薄膜存在的性能及稳定性问题。
附图说明
图1是增透光束采样光栅制作工艺流程图；
图2是增透光束采样光栅制作示意图；
图3是制作大尺寸增透光束采样光栅的拼接示意图。
图中：
1表示亚波长光栅模板；
2表示PUA紫外压印胶；
3表示PET薄膜；
4表示亚波长光栅软模；
5表示尺寸为100×100mm2的光束采样光栅；
6表示PMMA压印光刻胶；
7表示具有亚波长光栅图形的PMMA掩模；
8表示灰化到底的亚波长光栅PMMA掩模；
9表示具有亚波长光栅减反结构的光束采样光栅；
10表示尺寸为430×430mm2的光束采样光栅。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步的说明。
实施例1：本具体实施方式是制作尺寸为100×100mm2的增透型光束采样光栅。包括以下具体步骤，如图1所示：
(1)在尺寸为100×100mm2的熔石英基底上旋涂光刻胶，厚度在200nm。然后利用波长为413.1nm的Kr+离子激光器进行全息曝光，得到亚波长光栅的光刻胶掩模，线密度为4500lines/mm，占宽比控制0.3～0.5，再利用CHF3反应离子束刻蚀，深度为150nm，最后清洗去除残余光刻胶得到亚波长光栅模板1，如图2中的(a)所示。
(2)清洗好亚波长光栅模板1后，在上面滴聚氨酯丙烯酸酯(PUA)紫外压印胶2，然后静置，使PUA填充模板，期间可以用热台加热到50℃左右，可更充分的填充模板。然后将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜3盖到PUA上，从一侧到另一侧慢慢贴合，保证模板、PUA、PET能充分贴合，如图2中的(b)所示。最后利用紫外光照射PUA，使其固化。PET薄膜与PUA的接触面须进行灰化处理，以增强其表面的附着力。
(3)将固化后的PUA与光栅模板1分离，由于PET的表面结合力强，因此PUA与PET结合在一起，形成亚波长光栅软模4，如图2中的(c)所示。
(4)清洗尺寸为100×100mm2的光束采样光栅5的表面，在上面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)压印光刻胶6，厚度为～250nm，如图2中的(d)所示。
(5)将亚波长光栅软模4覆盖到PMMA上面，软模光栅条纹方向与光束采样光栅条纹方向可以平行、垂直或者成角度，如图2中的(e)所示。然后用夹持机构将两者压紧，放到烘箱中加热至130℃固化。
(6)将亚波长光栅软模4和光束采样光栅5分离，在PMMA上形成亚波长光栅7，如图2中的(f)所示；然后利用氧等离子体灰化去除PMMA光栅的底层残余胶，得到图2中的(g)所示到底的PMMA亚波长光栅掩模8。
(7)利用到底PMMA亚波长光栅掩模8，使用CHF3反应离子束刻蚀，刻蚀深度为75nm。
(8)最后清洗去除残余胶，即得到图2中的(h)所示的具有亚波长光栅减反结构的光束采样光栅9，波长为351nm的入射光透过率平均值>95％。
实施例2：本具体实施方式是制作尺寸为430×430mm2的增透型光束采样光栅，采用小光栅拼接的方式来实现大尺寸的增透光栅。
(1)首先制作尺寸为100×100mm2的亚波长光栅软模4，该步骤同实施例1中的步骤(1)-(3)，拼接方式见图3，采用4×4的方格，因此共需重复制作16块亚波长光栅软模。
(2)在尺寸为430×430mm2的光束采样光栅10上旋涂厚度250nm的PMMA压印胶，然后按图3所示拼接方式将16块亚波长光栅软模压印上去，加热固化后脱模，得到大尺寸的PMMA亚波长光栅掩模。
(3)采用氧等离子体灰化方法去除底部残余PMMA压印胶，由于光栅尺寸较大，很难达到一次全部灰化到底，因此采用遮挡的方式对局部进行单独灰化，以保证PMMA掩模均灰化到底。
(4)利用到底的PMMA亚波长光栅掩模，使用CHF3反应离子束刻蚀，刻蚀深度为75nm。
(5)最后清洗去除残余胶，得到具有增透减反效果的大尺寸光束采样光栅，对于波长为351nm的入射光，其平均透过率>95％。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (3)

1.一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在基底上旋涂光刻胶，然后利用波长为413.1nm的Kr+离子激光器进行全息曝光，得到亚波长光栅的光刻胶掩模，线密度在4500lines/mm以上，占宽比0.3～0.5，再利用CHF3反应离子束刻蚀，深度为100～200nm，最后清洗去除残余光刻胶得到亚波长光栅模板；
(2)清洗好亚波长光栅模板后，在上面滴上聚氨酯丙烯酸酯(PUA)紫外压印胶，然后静置，使PUA填充模板，期间使用热台加热，然后将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜盖到PUA上，从一侧到另一侧慢慢贴合，保证模板、PUA、PET能充分贴合；最后利用紫外光照射PUA，使PUA固化，PET薄膜与PUA的接触面须进行灰化处理，以增强其表面的附着力；
(3)将固化后的PUA与光栅模板分离，由于PET的表面结合力强，因此PUA与PET结合在一起，形成亚波长光栅软模；
(4)光束采样光栅的表面清洗后，在上面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)压印胶，厚度为200～300nm；
(5)将亚波长光栅软模覆盖到PMMA上面，软模光栅条纹方向与光束采样光栅条纹方向平行、垂直或者成角度，然后用夹持机构将软模光栅和光束采样光栅压紧，放到烘箱中加热至100～150℃固化；
(6)将亚波长光栅软模和基底分离，在PMMA上形成亚波长光栅，然后利用氧等离子体灰化去除PMMA光栅的底层残余胶；
(7)利用到底的PMMA亚波长光栅掩模，使用CHF3反应离子束刻蚀，刻蚀深度为70～80nm；
(8)最后清洗去除残余胶，即得到具有增透减反效果的光束采样光栅。
2.根据权利要求1所述的一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法，其特征在于：光束采样光栅和亚波长光栅结构是制作在基底的同一面，两光栅条纹方向可以垂直、平行或成角度。
3.根据权利要求1所述的一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法，其特征在于：
所述步骤(1)中，利用全息离子束刻蚀工艺制作具有周期结构的亚波长光栅减反结构，其尺寸可以达100×100mm2及以上；
所述步骤(2)-(6)中，利用纳米压印的方法在具有微纳米周期光栅结构的非平面光学表面上制作亚波长光栅掩模；
所述步骤(7)中，利用大尺寸反应离子束刻蚀机在已有微纳米周期光栅结构的非平面光学表面上刻蚀亚波长光栅减反结构。
CN201710357385.0A 2017-05-19 2017-05-19 一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法 Active CN107037515B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710357385.0A CN107037515B (zh) 2017-05-19 2017-05-19 一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710357385.0A CN107037515B (zh) 2017-05-19 2017-05-19 一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107037515A CN107037515A (zh) 2017-08-11
CN107037515B true CN107037515B (zh) 2023-03-10

Family

ID=59538860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710357385.0A Active CN107037515B (zh) 2017-05-19 2017-05-19 一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107037515B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108802881B (zh) * 2018-05-21 2022-03-08 苏州大学 一种高衍射效率光栅结构和制备方法
CN111640651A (zh) * 2020-01-19 2020-09-08 中国科学技术大学 基于离子轰击技术的亚波长表面纳米结构及其制备方法
CN111308597A (zh) * 2020-03-19 2020-06-19 华中科技大学 一种亚微米结构光栅的制备方法
CN113759451B (zh) * 2021-08-11 2023-11-03 广州先进技术研究所 一种曲面光栅的加工装置及制备方法
CN114373823B (zh) * 2022-01-11 2023-08-22 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种具有双波段吸收增强功能的ii类超晶格红外探测器及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06242308A (ja) * 1993-01-29 1994-09-02 Shimadzu Corp Ａｕ透過型グレーティングの製作法
CN102540298A (zh) * 2012-02-01 2012-07-04 中国科学技术大学 软x射线双频光栅及其制作方法
CN105633798A (zh) * 2016-03-09 2016-06-01 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 相干合束系统和方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7548671B2 (en) * 2007-07-16 2009-06-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Optical device including waveguide grating structure

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06242308A (ja) * 1993-01-29 1994-09-02 Shimadzu Corp Ａｕ透過型グレーティングの製作法
CN102540298A (zh) * 2012-02-01 2012-07-04 中国科学技术大学 软x射线双频光栅及其制作方法
CN105633798A (zh) * 2016-03-09 2016-06-01 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 相干合束系统和方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
可调谐激光器腔内色散棱镜及其组合;傅雷等;《光学技术》;19980120(第01期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107037515A (zh) 2017-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107037515B (zh) 一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法
KR100415714B1 (ko) 마이크로릴리프엘리먼트및그제조방법
KR101389914B1 (ko) 광학 소자, 광학 소자 제작용 원반의 제조 방법, 및 광전변환 장치
TWI399620B (zh) 立體光阻微結構的製作方法
CN101424751A (zh) 光学元件以及光学元件生产用的原盘的制造方法
Ahn et al. Polymeric wavelength filter based on a Bragg grating using nanoimprint technique
CN113484945A (zh) 一种基于pdms/pua相互复制的可变线密度光栅制作方法
CN105676321B (zh) 一种微透镜纳米孔混合阵列结构的制备方法
JP4371777B2 (ja) 樹脂硬化方法及び樹脂成型品の製造方法
CN105204289A (zh) 一种三维等离激元光学聚焦结构的制备方法
DE102004028851B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen eines Oberflächenprofils einer Probe
JP3859473B2 (ja) スタンパの製造方法
JP2006310678A (ja) 微細表面構造形成用基板、微細表面構造物品の製造方法及びその製造方法で製造された微細表面構造物品
Diez et al. Direct patterning of polymer optical periodic nanostructures on CYTOP for visible light waveguiding
Chang et al. A novel method for rapid fabrication of microlens arrays using micro-transfer molding with soft mold
CN110244509A (zh) 利用超快激光双光子聚合制作衍射光学器件的方法
KR101751683B1 (ko) 고분자 나노 구조체의 제조 방법
Thanner et al. Optimized UV nanoimprinting processes for fabrication of high fidelity patterns
JP2013193454A (ja) マスターモールドの製造方法およびモールドの製造方法並びにそれらに使用される表面加工方法
CN111061124A (zh) 带切割道的紫外固化纳米压印模具及方法
Haatainen Stamp fabrication by step and stamp nanoimprinting
KR100839774B1 (ko) 나노 패턴 형성 방법 및 이에 의하여 형성된 패턴을 갖는롤 기판
JP4279772B2 (ja) 光導波路の製造方法
Han Nano-moulding of integrated optical devices
Xia et al. Ultrafast nanoimprint lithography

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant