CN111103758B - 一种振幅/位相混合型计算全息板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的振幅/位相混合型CGH的制备方法，先在基底表面镀铬，涂胶，对检测区域采用激光直写技术进行曝光显影，并通过湿法刻蚀去掉检测区域的铬层；再重新涂胶，此时检测区域只有光刻胶附着在表面，对准区域为铬层加光刻胶，利用激光直写技术将完整的CGH结构曝光、显影，湿法刻蚀将对准区域的微纳结构转移到了铬层上；之后遮挡对准区域，干法刻蚀检测区域，将检测区域的微纳结构转移到基底上；最后去掉光刻胶。本发明的制备方法使对准区域和检测区域的微纳结构同时生成，降低加工工艺的复杂度，避免分次加工会引入的套刻误差；制备的振幅/位相混合型CGH在对准区域的反射光路及检测区域的透射光路中都实现了高衍射效率。

Description

一种振幅/位相混合型计算全息板及其制备方法
技术领域
本发明涉及光学元件制备技术领域，具体涉及一种振幅/位相混合型计算全息板及其制备方法。
背景技术
计算全息板(Computer Generated Hologram，CGH)，是一种可用于非球面面形检测、离轴光学系统装调的高精度光学元件。CGH属于衍射光学元件，通过线宽不断变化的类光栅结构，将干涉仪出射的平面或球面波，调制为目标加工非球面镜的理想波前信息，与被测非球面发生干涉后，形成面形误差的干涉图，指导加工。
常用CGH分为振幅型和位相型两种，振幅型是通过在铬(Cr)层上加工微结构实现的，由于金属铬具有较高的反射率和很低的透过率，所以振幅型CGH的反射衍射效率高，透射衍射效率低。位相型CGH通过在玻璃上加工台阶生成微结构，其透射衍射效率高，但是反射衍射效率很低。
CGH上包含了多种功能区，最主要的两个区域分布为对准区域和检测区域。对准区域是用来与干涉仪对准的，检测区域为生成理想非球面波前区域，与被检镜发生干涉，生成干涉条纹。对准区域的光线是干涉仪出射后经过CGH反射回到干涉仪内，对准区域需要有高的反射衍射效率，适合采用振幅型CGH。检测区域的光线是透过CGH后入射至被检镜后被反射回到CGH，再透射进入干涉仪，故检测区域需要高的透射衍射效率，适合采用位相型CGH。
但是，两种类型的CGH在加工工艺和流程上并不相同，如果采用分类别的加工的方式制备振幅/位相混合型CGH时，会在两次加工的过程中引入不同区域间的对准误差，影响实际加工的振幅/位相混合型CGH精度，对反射镜的加工及系统装调精度都造成极大影响。因此，急需研究一种振幅/位相混合型CGH的制备方法，使对准区域和检测区域的微纳结构同时生成，降低加工工艺的复杂度，避免分次加工会引入的套刻误差。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种振幅/位相混合型CGH及其制备方法，使对准区域和检测区域的微纳结构同时生成，降低加工工艺的复杂度，避免分次加工会引入的套刻误差；制备的振幅/位相混合型CGH在对准区域的反射光路及检测区域的透射光路中都实现了高衍射效率，适用于长光路、低反射率、复杂面形精度检测。
本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：
一种振幅/位相混合型CGH的制备方法，包括以下步骤：
S1、在洁净的基底表面镀一层铬层，之后在所述铬层表面旋涂一层第一光刻胶层；
S2、采用激光直写技术对检测区域内的所述第一光刻胶层进行曝光、显影，去除所述检测区域内的所述第一光刻胶层；之后湿法刻蚀去除所述检测区域内的所述铬层，再去除残留的所述第一光刻胶层，之后清洗干净、干燥；
S3、在所述步骤S2后的基板的表面旋涂一层第二光刻胶层，所述第二光刻胶层的横截面呈T形；
S4、采用激光直写技术，将完整的CGH图案曝光在所述步骤S3后的基板表面，之后显影，所述第二光刻胶层的表面出现完整的CGH微纳结构；之后湿法刻蚀对准区域内的所述铬层，使所述对准区域的微纳结构转移到所述铬层；
S5、将所述步骤S4后基板置于带有遮挡的工装中，所述工装的遮挡区域覆盖所述对准区域，所述检测区域暴露在外，采用干法刻蚀所述检测区域，使所述检测区域的所述第二刻胶层的微纳结构转移到所述基底上；
S6、去掉所述工装，清除所述步骤S5后基板上残留的所述第二光刻胶层，之后清洗干净、干燥，得到振幅/位相混合型CGH。
进一步地，所述步骤S1中，所述铬层的厚度为100-200nm，所述第一光刻胶层的厚度为400-600nm。
进一步地，所述步骤S2中，显影时间为45-55s，湿法刻蚀时间为45-55s。
进一步地，所述步骤S3中，所述对准区域的所述第二光刻胶层的厚度为400-600nm。
进一步地，所述步骤S4中，显影时间为45-55s，湿法刻蚀时间为45-55s。
进一步地，干法刻蚀为离子束刻蚀，刻蚀深度为200-400nm。
进一步地，所述基底为熔融石英基底或K9玻璃基底，径厚比为10。
本发明还提供一种振幅/位相混合型CGH，采用上述振幅/位相混合型CGH的制备方法制备得到，所述对准区域为振幅型CGH，所述检测区域为位相型CGH。
进一步地，所述振幅/位相混合型CGH为圆片状，中心为所述检测区域的内圆片状结构，外缘为所述对准区域的外圆环片状结构，所述检测区域的外径比所述对准区域的内径小10mm。
本发明的振幅/位相混合型CGH，对准区域为振幅型CGH，检测区域为位相型CGH，在对准区域的反射光路及检测区域的透射光路中都实现了高衍射效率，适用于长光路、低反射率、复杂面形精度检测。本发明的振幅/位相混合型CGH的制备方法，结合了振幅型CGH和位相型CGH两种类型CGH的制备特点，使振幅型CGH的微纳结构和位相型CGH的微纳结构可以一次加工成型，降低加工工艺的复杂度，避免分次加工会引入的套刻误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明的振幅/位相混合型CGH的制备方法的流程示意图；
图2是本发明的振幅/位相混合型CGH的制备方法的过程示意图；
图3是本发明的一实施例的振幅/位相混合型CGH的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
本发明提供了一种振幅/位相混合型CGH的制备方法，如图1、2所示，包括以下步骤：
S1、在洁净的基底表面镀一层铬层，之后在所述铬层表面旋涂一层第一光刻胶层；
S2、采用激光直写技术对检测区域内的所述第一光刻胶层进行曝光、显影，去除所述检测区域内的所述第一光刻胶层；之后湿法刻蚀去除所述检测区域内的所述铬层，再去除残留的所述第一光刻胶层，之后清洗干净、干燥；
S3、在所述步骤S2后的基板的表面旋涂一层第二光刻胶层，所述第二光刻胶层的横截面呈T形；
S4、采用激光直写技术，将完整的CGH图案曝光在所述步骤S3后的基板表面，之后显影，所述第二光刻胶层的表面出现完整的CGH微纳结构；之后湿法刻蚀对准区域内的所述铬层，使所述对准区域的微纳结构转移到所述铬层；
S5、将所述步骤S4后基板置于带有遮挡的工装中，所述工装的遮挡区域覆盖所述对准区域，所述检测区域暴露在外，采用干法刻蚀所述检测区域，使所述检测区域的所述第二刻胶层的微纳结构转移到所述基底上；
S6、去掉所述工装，清除所述步骤S5后基板上残留的所述第二光刻胶层，之后清洗干净、干燥，得到振幅/位相混合型CGH。
其中，所述步骤S1中，所述铬层的厚度为100-200nm，所述第一光刻胶层的厚度为400-600nm。所述步骤S2中，显影时间为45-55s，湿法刻蚀时间为45-55s。所述步骤S3中，所述对准区域的所述第二光刻胶层的厚度为400-600nm。所述步骤S4中，显影时间为45-55s，湿法刻蚀时间为45-55s。干法刻蚀为离子束刻蚀，刻蚀深度为200-400nm。所述基底为熔融石英基底或K9玻璃基底，径厚比为10。上述具体参数的设计，均可根据实际需要进行设计。
本发明还提供了一种振幅/位相混合型CGH，采用上述振幅/位相混合型CGH的制备方法制备得到，所述对准区域为振幅型CGH，所述检测区域为位相型CGH。
在一实施例中，制备的振幅/位相混合型CGH的结构如图3所示，所述振幅/位相混合型CGH为圆片状，中心为所述检测区域的内圆片状结构，外缘为所述对准区域的外圆环片状结构，所述检测区域的外径比所述对准区域的内径小10mm。由于干法刻蚀时所用的遮挡工装的加工精度以及装夹精度有限，为了避免该步骤影响对准区域或检测区域的加工图形的完整度，所以在所述检测区域和所述对准区域之间形成一个宽度5mm的间隔环用于缓冲误差。
本发明的振幅/位相混合型CGH，对准区域为振幅型CGH，检测区域为位相型CGH，在对准区域的反射光路及检测区域的透射光路中都实现了高衍射效率，适用于长光路、低反射率、复杂面形精度检测。本发明的振幅/位相混合型CGH的制备方法，结合了振幅型CGH和位相型CGH两种类型CGH的制备特点，使振幅型CGH的微纳结构和位相型CGH的微纳结构可以一次加工成型，降低加工工艺的复杂度，避免分次加工会引入的套刻误差。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种振幅/位相混合型CGH的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在洁净的基底表面镀一层铬层，之后在所述铬层表面旋涂一层第一光刻胶层；
S2、采用激光直写技术对检测区域内的所述第一光刻胶层进行曝光、显影，去除所述检测区域内的所述第一光刻胶层；之后湿法刻蚀去除所述检测区域内的所述铬层，再去除残留的所述第一光刻胶层，之后清洗干净、干燥；
S3、在所述步骤S2后的基板的表面旋涂一层第二光刻胶层，所述第二光刻胶层的横截面呈T形；
S4、采用激光直写技术，将完整的CGH图案曝光在所述步骤S3后的基板表面，之后显影，所述第二光刻胶层的表面出现完整的CGH微纳结构；之后湿法刻蚀对准区域内的所述铬层，使所述对准区域的微纳结构转移到所述铬层；
S5、将所述步骤S4后基板置于带有遮挡的工装中，所述工装的遮挡区域覆盖所述对准区域，所述检测区域暴露在外，采用干法刻蚀所述检测区域，使所述检测区域的所述第二光刻胶层的微纳结构转移到所述基底上；
S6、去掉所述工装，清除所述步骤S5后基板上残留的所述第二光刻胶层，之后清洗干净、干燥，得到振幅/位相混合型CGH；
所述对准区域为振幅型CGH，所述检测区域为位相型CGH。
2.根据权利要求1所述的振幅/位相混合型CGH的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述铬层的厚度为100-200nm，所述第一光刻胶层的厚度为400-600nm。
3.根据权利要求1所述的振幅/位相混合型CGH的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，显影时间为45-55s，湿法刻蚀时间为45-55s。
4.根据权利要求1所述的振幅/位相混合型CGH的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述对准区域的所述第二光刻胶层的厚度为400-600nm。
5.根据权利要求1所述的振幅/位相混合型CGH的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，显影时间为45-55s，湿法刻蚀时间为45-55s。
6.根据权利要求1所述的振幅/位相混合型CGH的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，干法刻蚀为离子束刻蚀，刻蚀深度为200-400nm。
7.根据权利要求1所述的振幅/位相混合型CGH的制备方法，其特征在于，所述基底为熔融石英基底或K9玻璃基底，径厚比为10。
8.一种振幅/位相混合型CGH，采用如权利要求1-7中任意一项所述的振幅/位相混合型CGH的制备方法制备得到，所述对准区域为振幅型CGH，所述检测区域为位相型CGH。
9.根据权利要求8所述的振幅/位相混合型CGH，其特征在于，所述振幅/位相混合型CGH为圆片状，中心为所述检测区域的内圆片状结构，外缘为所述对准区域的外圆环片状结构，所述检测区域的外径比所述对准区域的内径小10mm。
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