CN111025446B - 一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，利用透明导电氧化物材料在不同加热温度下电阻率不同的现象，采用高能粒子束直写技术按照设计图案加热薄膜特定位置制备非刻蚀二元红外衍射光学元件及电磁屏蔽网栅。该方法具有工艺简单，不需要刻蚀，成本低，光散射小及易制备器件结构深宽比要求大的器件的优点。

Description

一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法
技术领域
本发明涉及光学网栅制备技术领域，具体为一种红外光学二元光学器件及电磁屏蔽网栅的制备方法。
背景技术
随着光学技术，特别是以光通信为代表的光电子技术的蓬勃发展，以及光机电一体化趋势的进程加速，人们对光学系统中的元器件提出了小型化、阵列化与集成化的高要求，基于光的反、折射理论设计的传统光学元器件已经难以满足要求。基于光的衍射理论的光学元件在实现光波相位变换上具有许多卓越的、传统光学所不具备的功能，有利于促进光学系统实现微型化、阵列化和集成化。
目前这些衍射光学元件主要采用掩膜光刻技术制造。掩膜光刻技术的制作工艺复杂、成本高。由于刻蚀方法制作的图案为浮雕结构，表面粗糙度大、边沿光散射大；而且掩膜光刻技术在制备深宽比大的器件时难度较大；此外浮雕结构在制备过程中会覆着有灰尘污渍，也不易清理。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，利用透明导电氧化物材料在不同加热温度下电阻率不同的现象，采用高能粒子束直写技术按照设计图案加热薄膜特定位置制备非刻蚀二元红外衍射光学元件及电磁屏蔽网栅。该方法具有工艺简单，不需要刻蚀，成本低，光散射小及易制备器件结构深宽比要求大的器件的优点。
本发明的技术方案为：
所述一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：在基底上制备一层大电阻透明导电氧化物薄膜，所制备的薄膜电阻值大于1KΩ，且透红外光；
步骤2：采用高能粒子束按照设定的图形加热基底上的薄膜，加热区域的薄膜电阻下降，消光系数增加，红外光透过率降低，形成红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅。
进一步的优选方案，所述一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，其特征在于：基底采用Si、Ge、ZnS、ZnSe、石英、氟化物、氧化物或氮化物基底。
进一步的优选方案，所述一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，其特征在于：采用磁控溅射、热蒸发或离子束溅射的方法在基底上沉积薄膜。
进一步的优选方案，所述一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，其特征在于：在基底上沉积ITO薄膜的同时在薄膜中掺杂一氧化锡材料，得到所需的薄膜。
进一步的优选方案，所述一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，其特征在于：在基底上沉积氧化铟、一氧化锡和二氧化锡混合材料薄膜，其中(SnO+SnO2):In2O3的质量比在1:9和3:7之间。
进一步的优选方案，所述一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，其特征在于：采用高能粒子束按照设定的图形加热基底上的薄膜过程为：
高能激光束从激光器发射出来，经过准直扩束系统将光转换成平面光线偏振光，经过四分之一波片阵列将线偏振光转换成圆偏振光阵列，再经过空间光调制器控制入射激光束阵列的开或关，然后激光束阵列通过超振透镜阵列形成的聚集光斑阵列，经过空间滤光阵列并行扫描加热出所设计的图形。
进一步的优选方案，所述一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，其特征在于：步骤2中采用激光直写系统、离子束直写系统或电子束直写系统按照设定的图形加热基底上的薄膜。
有益效果
本发明提出的红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法具有工艺简单，不需要刻蚀，成本低，光散射小及易制备器件结构深宽比要求大的器件的优点。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为二元红外光学器件及电磁屏蔽网栅制备示意图。
图中标号：1计算机、2激光器、3扩束准直系统、4四分之一波片阵列、5空间光调制器、6超振透镜阵列、7空间滤光阵列、8透明导电薄膜、9基底、10工作台。
具体实施方式
本发明提出的红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，其基本原理是在基底上制备一层大电阻透明导电氧化物薄膜，所制备的薄膜电阻值大于1KΩ，透红外光；当高能粒子束加热薄膜时，薄膜的电阻迅速下降，对于中波及长波红外光完全不透明。这样就可以利用高能粒子束加热技术在薄膜表面写出所需要的图形，高能粒子束写出图形的地方不透红外光，高能粒子束没有照射加热的地方高透红外光。这样可以制备红外衍射光学元件，所制备的衍射器件或网栅的厚度由薄膜厚度决定。
具体采用以下步骤：
步骤1：清洗透红外光基底，在基底上制备一层大电阻透明导电氧化物薄膜，所制备的薄膜电阻值大于1KΩ，且对所用红外波段透明。
其中基底采用Si、Ge、ZnS、ZnSe、石英、氟化物、氧化物或氮化物基底。
采用磁控溅射、热蒸发或离子束溅射的方法在基底上沉积薄膜。其中可以采用沉积ITO薄膜的同时在薄膜中掺杂一氧化锡材料，也可以直接在基底上沉积氧化铟、一氧化锡和二氧化锡混合材料薄膜，其中(SnO+SnO2):In2O3的质量比在1:9和3:7之间。
步骤2：采用高能粒子束按照设定的图形加热基底上的薄膜，加热区域的薄膜电阻下降，消光系数增加，红外光透过率降低，形成红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅。
这里可以采用激光直写系统、离子束直写系统或电子束直写系统按照设定的图形加热基底上的薄膜。
其中采用激光加热直写系统按照设定的图形加热基底上的薄膜过程为：
高能激光束从激光器发射出来，经过准直扩束系统将光转换成平面光线偏振光，经过四分之一波片阵列将线偏振光转换成圆偏振光阵列，再经过空间光调制器控制入射激光束阵列的开或关，然后激光束阵列通过超振透镜阵列形成的聚集光斑阵列，经过空间滤光阵列并行扫描加热出所设计的图形。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：在基底上制备一层大电阻透明导电氧化物薄膜，所制备的薄膜电阻值大于1KΩ，且透红外光；
步骤2：采用高能粒子束按照设定的图形加热基底上的薄膜，加热区域的薄膜电阻下降，消光系数增加，红外光透过率降低，形成红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅。
2.根据权利要求1所述一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，其特征在于：基底采用Si、Ge、ZnS、ZnSe、石英、氟化物、氧化物或氮化物基底。
3.根据权利要求1所述一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，其特征在于：采用磁控溅射、热蒸发或离子束溅射的方法在基底上沉积薄膜。
4.根据权利要求1所述一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，其特征在于：在基底上沉积ITO薄膜的同时在薄膜中掺杂一氧化锡材料，得到所需的薄膜。
5.根据权利要求1所述一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，其特征在于：在基底上沉积氧化铟、一氧化锡和二氧化锡混合材料薄膜，其中(SnO+SnO2):In2O3的质量比在1:9和3:7之间。
6.根据权利要求1所述一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，其特征在于：采用高能粒子束按照设定的图形加热基底上的薄膜过程为：
高能激光束从激光器发射出来，经过准直扩束系统将光转换成平面光线偏振光，经过四分之一波片阵列将线偏振光转换成圆偏振光阵列，再经过空间光调制器控制入射激光束阵列的开或关，然后激光束阵列通过超振透镜阵列形成的聚集光斑阵列，经过空间滤光阵列并行扫描加热出所设计的图形。
7.根据权利要求1所述一种红外二元光学器件及电磁屏蔽网栅制备方法，其特征在于：步骤2中采用激光直写系统、离子束直写系统或电子束直写系统按照设定的图形加热基底上的薄膜。
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