CN111175870A - 一种制备不同周期光栅的装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备不同周期光栅的装置及其使用方法，涉及微细加工领域，包括：导轨底座、传动轴、承载滑块、PDMS固定盖板、限位侧板。使用时，将光栅PDMS软模板有结构的一面向上固定在装置承载部上，通过调节传动轴使承载滑块向远离固定部的方向移动，拉伸PDMS软模板，从而增大软模板上周期结构的尺寸，在PDMS软模板有结构的一面涂覆固化胶，将基底放在固化胶上，然后通过加热或曝光的方法固化胶体，待胶体固化后再将PDMS软模板剥离，此时在基底上获得所需周期的光栅结构。通过改变软模板拉伸量，可得到不同周期尺寸的光栅结构。本发明装置操作简单，使用方便，能够满足低成本、批量复制不同周期尺寸光栅的要求。

Description

一种制备不同周期光栅的装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及微细加工领域，具体涉及一种制备不同周期光栅的装置及其使用方法。
背景技术
光栅（grating）是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件，它可利用多缝衍射原理使光发生色散，分解为光谱，是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝的金属片或玻璃。最早的光栅是1821年由夫琅和费(Joseph Fraunhofer, 1787～1826)用细金属丝密排地绕在两平行细螺丝上制成了细丝光栅，在夫琅和费逝世后的很长一段时间里，光栅发展缓慢；1846年诺柏尔特(Fricdrich Adolph No bert, 1806～1881)制成240线/mm的透射光栅，但因为制作工艺的问题，他的光栅只能用作一种教学工具；1870年卢瑟福(LewisMerris Rutherfurd,1816～1892)用他设计的以水轮机为动力的刻划机首次在50mm宽的反射镜上用金刚石刻划了3500线。
光栅作为一种分光器件，经过几百年的发展，已经广泛应用于集成光路、光通信、光计算、光学信息处理、激光器等各个方面。20世纪60年代以前，刻划光栅作为色散元件，广泛应用在摄谱仪中，推动了包括物理学、化学、天文学、生物学等多个学科的发展。1975年，W. Tang 和S. Wang 首次报道利用硅加工技术制作光栅，使光栅的应用范围再次扩大。
软光刻技术（soft lithography）是一种新型的微图形复制技术，是20世纪90年代末由哈佛大学的Whitesides. M. G研究小组提出，它的特点是用弹性模代替了光科技术中的硬性掩模，相对于传统的光刻技术，软光刻技术可实现更高分辨率的微小尺寸，并且其需要的设备较为简单，在普通的实验室环境下就可实现，是一种便宜的、方便的适用于实验室使用的技术。
现有的光栅制作方法主要分为机械刻蚀、离子刻蚀、复制光栅及全息光栅，刻蚀光栅（ruled grating）是指在基片上破坏性的刻划出一系列平行的划痕，属于振幅型透射光栅，其衍射效率高，但是生产效率低，设备要求高，成本较高；复制光栅（reproductiongrating）是指用母版光栅制成同样结构光栅复制品的方法，用来代替昂贵的原刻光栅的制作工艺，复制光栅的出现解决了光栅的批量制作问题，但是复制光栅的制作需高度依赖原刻光栅，并且在多次复制后会对原刻光栅造成不可逆的损坏；全息光栅（holographicgrating）是指用两束激光以一定角度进行干涉，用全息底片感光，冲洗后得到正弦分布的光栅的方法，全息光栅光谱范围广，杂散光低，并且分辨率高，但是其加工工艺要求极高，成本较高。
针对现有光栅生产工艺普遍存在的环境要求高、设备要求高、制作成本高的问题，提出一种结合软光刻技术制备不同周期光栅的装置及其使用方法，用于解决光栅的制作问题。
发明内容
本发明是为了解决现有制备光栅结构方法成本高、所需设备昂贵的问题，意在实现低成本制备光栅，本发明提供一种制备不同周期光栅的装置及其使用方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种制备不同周期光栅的装置及其使用方法，包括：导轨底座、传动轴、承载滑块、PDMS固定盖板、限位侧板、固定螺丝；所述导轨底座上有两条导轨；所述承载滑块侧面开有内螺纹槽，上端开有一凹槽；所述PDMS固定盖板下方开有两条半圆形槽。
所述承载滑块可从导轨底座上取下；所述PDMS固定盖板下方开有两条半圆形槽，通过固定螺丝与承载滑块配合夹紧PDMS；所述侧板通过固定螺丝与导轨底座相连。
所述传动轴可穿过侧板和承载滑块，通过传动轴的转动可使承载滑块沿轴方向运动；PDMS固定盖板下方的两条半圆形槽与承载滑块上的凹槽配合夹紧PDMS。
一种制备不同周期光栅的装置的使用方法，包括如下步骤：
步骤1：将PDMS固定盖板（5）取下，将具有光栅结构的PDMS软模板的两边分别放置于导轨底座固定部（3）和承载滑块（4）上，其中PDMS软模板上有光栅结构的一面向上放置，PDMS软模板上的狭缝结构需平行于用于固定的两边，盖上PDMS固定盖板（5），拧紧PDMS固定螺丝（7）；
步骤2：转动传动轴（2），使承载滑块（4）向靠近限位侧板（6）的一侧移动，待移动到需要位置时停止，使PDMS软模板拉伸；
步骤3：在拉伸后的PDMS软模板有光栅结构的一面涂覆能够在特定温度下固化的胶体，将基底放置在胶体之上；
步骤4：将整个装置放置烘箱中，使热固化胶体受热固化，待胶体固化后将PDMS软模板与基底分离，便可在基底上得到大于原光栅周期的光栅结构；
步骤5：步骤3中的热固化胶体亦可使用光固化胶体，只需使用特定波长的光照射光固化胶体即可，光的波长与固化胶体的性质有关，使用光固化胶体时，基底需要透光。
本发明具有如下有益效果：
本发明新颖之处在于设计了一种制备不同周期光栅的装置及其使用方法，能够满足低成本、批量复制不同周期尺寸光栅的要求。其使用一种周期的光栅母版结构，通过控制PDMS软模板的拉伸量实现周期的改变并将改变后的结构转移到基底上，整个装置的大小可以调整，其PDMS固定盖板下方的半圆形槽可根据母版材料设计调整，满足不同母版材料夹紧的需要。导轨的长度也可以根据实际需要改变长度，满足不同形变量的需要。
附图说明
图1是本发明一种制备不同周期光栅的装置结构示意图。
图2是本发明导轨底座结构示意图。
图3是本发明承载滑块结构示意图。
图4是本发明PDMS固定盖板结构示意图。
图中：1、导轨底座，2、传动轴，3、导轨底座固定部，4、承载滑块，5、PDMS固定盖板，6、限位侧板，7、PDMS固定螺丝，8、侧板固定螺丝，9、导轨，10、PDMS固定盖板半圆形槽，11、承载滑块凹槽。
具体实施方式
如图1所示，一种制备不同周期光栅的装置，包括导轨底座1、传动轴2、承载滑块4、PDMS固定盖板5、限位侧板6；所述承载滑块4下方有两条导轨槽，可骑跨在导轨底座1的两条导轨上；所述PDMS固定盖板5通过PDMS固定螺丝7与承载滑块4和导轨底座固定部3固定；所述限位侧板6通过侧板固定螺丝8与导轨底座1固定。整个装置的大小可以随意调整，其PDMS固定盖板下方的半圆形槽可根据母版材料设计调整。
本发明还提供了一种制备不同周期光栅的装置的使用方法，包括如下步骤：
步骤1：将PDMS固定盖板（5）取下，将具有光栅结构的PDMS软模板的两边分别放置于导轨底座固定部（3）和承载滑块（4）上，其中PDMS软模板上有光栅结构的一面向上放置，PDMS软模板上的狭缝结构需平行于用于固定的两边，盖上PDMS固定盖板（5），拧紧PDMS固定螺丝（7）；
步骤2：转动传动轴（2），使承载滑块（4）向靠近限位侧板（6）的一侧移动，待移动到需要位置时停止，使PDMS软模板拉伸；
步骤3：在拉伸后的PDMS软模板有光栅结构的一面涂覆能够在特定温度下固化的胶体，将基底放置在胶体之上；
步骤4：将整个装置放置烘箱中，使热固化胶体受热固化，待胶体固化后将PDMS软模板与基底分离，便可在基底上得到大于原光栅周期的光栅结构；
步骤5：步骤3中的热固化胶体亦可使用光固化胶体，只需使用特定波长的光照射光固化胶体即可，光的波长与固化胶体的性质有关，使用光固化胶体时，基底需要透光。
以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进，例如改变装置各部分的形状及材质，改变导轨的方向及形状，改变各部件的连接方式，改变传动轴的传动方式，些改进也应视为本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种制备不同周期光栅的装置，其特征在于，包括：导轨底座（1）、传动轴（2）、承载滑块（4）、PDMS固定盖板（5）、限位侧板（6）、PDMS固定螺丝（7）、侧板固定螺丝（8）；所述导轨底座（1）上有两条导轨，一侧为导轨底座固定部（3）；所述承载滑块（4）侧面开有内螺纹槽，上端开有一凹槽；所述PDMS固定盖板（5）下方开有两条半圆形槽（10）。
2.根据权利要求书1所述的一种制备不同周期光栅的装置，其特征在于，所述承载滑块（4）可从导轨底座（1）上取下；所述PDMS固定盖板（5）下方开有两条半圆形槽，通过PDMS固定螺丝（7）与承载滑块（4）配合夹紧PDMS；所述限位侧板（6）通过侧板固定螺丝（8）与导轨底座（1）相连。
3.根据权利要求书1所述的一种制备不同周期光栅的装置，其特征在于，所述传动轴（2）可穿过限位侧板（6）和承载滑块（4），通过传动轴（2）的转动可使承载滑块（4）沿轴方向运动；PDMS固定盖板（5）下方的两条半圆形槽（10）与承载滑块（4）上的凹槽配合夹紧PDMS。
4.一种权利要求1-3所述的一种制备不同周期光栅的装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将PDMS固定盖板（5）取下，将具有光栅结构的PDMS软模板的两边分别放置于导轨底座固定部（3）和承载滑块（4）上，其中PDMS软模板上有光栅结构的一面向上放置，PDMS软模板上的狭缝结构需平行于用于固定的两边，盖上PDMS固定盖板（5），拧紧PDMS固定螺丝（7）；
步骤2：转动传动轴（2），使承载滑块（4）向靠近限位侧板（6）的一侧移动，待移动到需要位置时停止，使PDMS软模板拉伸；
步骤3：在拉伸后的PDMS软模板有光栅结构的一面涂覆能够在特定温度下固化的胶体，将基底放置在胶体之上；
步骤4：将整个装置放置烘箱中，使热固化胶体受热固化，待胶体固化后将PDMS软模板与基底分离，便可在基底上得到大于原光栅周期的光栅结构；
步骤5：步骤3中的热固化胶体亦可使用光固化胶体，只需使用特定波长的光照射光固化胶体即可，光的波长与固化胶体的性质有关，使用光固化胶体时，基底需要透光。
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