CN114779380A - 一种衍射光学元器件制备装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种衍射光学元器件制备装置及其制备方法，所述方法包括以下步骤：S1、准备元器件衬底，对元器件衬底进行预处理；S2、设计衍射光学元器件的图案；S3、将元器件衬底的一面确定为加工面，在加工面的一侧通过多个激光器组成的激光器阵列向元器件衬底方向发射激光；S4、根据设计的衍射光学元器件图案控制每个激光器的移动位置，在元器件衬底的加工面上刻画形成多台阶结构；S5、控制每个激光器的激光发射能量，形成不同深度的多台阶结构，即得到多台阶衍射微光学元件。本发明利用激光阵列实现多台阶或称灰度衍射元器件制备，克服制备步骤复杂的困难，提升良品率，降低成本，能够批量制备。
Description
技术领域
本发明涉及衍射光学元器件制备技术领域，尤其是指一种衍射光学元器件制备装置及其制备方法。
背景技术
衍射光学在社会各个领域一直被广泛应用，衍射光学元器件设计基于应用的需要也变得越来越复杂，随之带来的制备难度也在增加，传统的微纳加工方法已经无法满足需要目前，衍射光学元器件的多台阶设计一直无法突破高精度批量制备。
目前，衍射元器件的制备主要借助微纳米加工技术：光刻、沉积、刻蚀；最早采用的是光刻技术，这种方法需要多次曝光和刻蚀，以形成多台阶分布的微光栅结构，加工步骤多，制作周期长，且存在套刻误差；而薄膜沉积法是通过在基片表面上沉积一定厚度的薄膜来制成衍射光学元件的方法：首先，对覆盖在基片表面的光刻胶层通过曝光技术形成光栅微结构图形，再通过沉积技术在基片和光刻胶上沉积一层薄膜，完成后洗去光刻胶，则附着在基片上的薄膜便形成了一个二阶的光学元件，重复多次以上操作，可以制作成多台阶衍射光学元件；刻蚀技术将绝缘基板放置在腔室中，通过绝缘基板和当高频功率被提供给绝缘基板时所产生的等离子体中的活性物种之间的化学反应，形成了副产品，同样产生于等离子体中的正离子与副产品碰撞以去除该副产品。
综上所述，这些技术制备多台阶或称多灰度设计元器件需要多次光刻、沉积和刻蚀，以至于步骤特别复杂，导致良品率急剧下降、成本大幅度增加、批量制备困难。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中传统的微纳加工技术在制备多台阶的衍射光学元器件时步骤复杂、难以批量制备的问题，提供一种衍射光学元器件制备装置及其制备方法，该方法借助可编程激光实现多台阶或称灰度衍射元器件制备，克服制备步骤复杂的困难，提升良品率，降低成本，能够批量制备。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种衍射光学元器件制备方法，包括以下步骤：
S1、准备元器件衬底，对元器件衬底进行预处理；
S2、设计衍射光学元器件的图案；
S3、将元器件衬底的一面确定为加工面，在加工面的一侧通过多个激光器组成的激光器阵列向元器件衬底方向发射激光；
S4、根据设计的衍射光学元器件图案控制每个激光器的移动位置，在元器件衬底的加工面上刻画形成多台阶结构；
S5、控制每个激光器的激光发射能量，形成不同深度的多台阶结构，即得到多台阶衍射微光学元件。
在本发明的一个实施例中，步骤S1中，根据所需制备的衍射光学元器件的大小，选取大于衍射光学元器件的基片，对基片进行清洗和烘干处理。
在本发明的一个实施例中，在步骤S2中，设计的衍射光学元器件的图案包括光栅型条状台阶和圆型扇形状台阶。
在本发明的一个实施例中，根据步骤S2中的衍射光学元器件的图案设置步骤S3中激光器阵列中激光器的分布形式，当图案为光栅型条状台阶时，设置激光器阵列中的激光器为矩形阵列分布。
在本发明的一个实施例中，在刻画光栅型条状台阶时，选取矩形阵列中一排横向延伸的多个激光器沿竖向延伸方向移动，移动的距离即为条状台阶的宽度，激光器移动的距离小于激光器之间的间距。
在本发明的一个实施例中，在刻画光栅型条状台阶时，选取矩形阵列中多排横向延伸的多个激光器沿竖向延伸方向移动，同步刻画多台阶结构。
在本发明的一个实施例中，根据步骤S2中的衍射光学元器件的图案设置步骤S3中激光器阵列中激光器的分布形式，当图案为圆型扇形状台阶时，设置激光器阵列中的激光器为环形阵列分布。
在本发明的一个实施例中，在刻画圆型扇形状台阶时，选取环形阵列中同一半径上的多个激光器沿圆周面转动，转动的角度即为扇形状台阶的弧面长度，激光器转动的角度小于激光器之间的角度。
在本发明的一个实施例中，在刻画圆型扇形状台阶时，选取环形阵列中不同半径方向上的多个激光器沿圆周面转动，同步刻画多台阶结构。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种衍射光学元器件制备装置，用于实现上述衍射光学元器件制备方法。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的衍射光学元器件制备方法，通过激光器实现对衍射光学元器件的激光刻画制备，并且采用阵列设置的激光器，能够同时实现衍射光学元器件的多台阶的同时制备，相比于现有技术的纳米加工技术，该方法借助可编程激光实现多台阶或称灰度衍射元器件制备，克服制备步骤复杂的困难，提升良品率，降低成本，能够批量制备。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明的衍射光学元器件制备方法的步骤流程图；
图2是本发明的激光器阵列呈矩形阵列分布的结构示意图；
图3是本发明的激光器阵列呈环形阵列分布的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
参照图1所示，本发明的一种衍射光学元器件制备方法，包括以下步骤：
S1、准备元器件衬底，对元器件衬底进行预处理，根据所需制备的衍射光学元器件的大小，选取大于衍射光学元器件的基片，对基片进行清洗和烘干处理。
S2、根据现有的衍射光学元器件的主要两种形式：光栅型结构和圆型结构，设计的衍射光学元器件的图案包括光栅型条状台阶和圆型扇形状台阶。
S3、将元器件衬底的一面确定为加工面，在加工面的一侧通过多个激光器组成的激光器阵列向元器件衬底方向发射激光，所述激光器阵列中的激光器为可编程移动激光器，所述激光器能够根据设计的衍射光学元器件的图案移动，在元器件衬底上借助激光能量去除不需要的材料，实现设计的图案；
根据步骤S2中的衍射光学元器件的图案设置步骤S3中激光器阵列中激光器的分布形式:矩形阵列分布和环形阵列分布。
S4、根据设计的衍射光学元器件图案控制每个激光器的移动位置，在元器件衬底的加工面上刻画形成多台阶结构；
在刻画光栅型条状台阶时，选取矩形阵列中一排横向延伸的多个激光器沿竖向延伸方向移动，移动的距离即为条状台阶的宽度，激光器移动的距离小于激光器之间的间距；选取矩形阵列中多排横向延伸的多个激光器沿竖向延伸方向移动，同步刻画多台阶结构；
刻画圆型扇形状台阶时，选取环形阵列中同一半径上的多个激光器沿圆周面转动，转动的角度即为扇形状台阶的弧面长度，激光器转动的角度小于激光器之间的间距，选取环形阵列中不同半径方向上的多个激光器沿圆周面转动，同步刻画多台阶结构。
S5、控制每个激光器的激光发射能量，形成不同深度的多台阶结构，即得到多台阶衍射微光学元件。
本实施例的衍射光学元器件制备方法，通过激光器实现对衍射光学元器件的激光刻画制备，并且采用阵列设置的激光器，能够同时实现衍射光学元器件的多台阶的同时制备，相比于现有技术的纳米加工技术，该方法借助可编程激光实现多台阶或称灰度衍射元器件制备，克服制备步骤复杂的困难，提升良品率，降低成本，能够批量制备。
参照图2所示，根据步骤S2中的衍射光学元器件的图案设置步骤S3中激光器阵列中激光器的分布形式，当图案为光栅型条状台阶时，设置激光器阵列中的激光器为矩形阵列分布，在本实施例中，多个所述激光器设置在同一平面内，沿X轴和Y轴的延伸方向呈矩阵分布设置，其中沿X轴延伸方向上设置的激光器之间的间隔为0.1mm，沿Y轴延伸方向上设置的激光器之间的间隔为1mm，如果要加工一个10mm*10mm的直线型10台阶衍射光学器件，可以沿X轴延伸方向上设置100个激光器，在沿Y轴延伸方向上设置10排激光器，其中，位于同一横排上的100个激光器设定相同的激光能量，沿Y轴的延伸方向同步移动的距离相同，位于不同排上的100个激光器设定不同的激光能量，沿Y轴的延伸方向同步移动的距离不相同，所述激光器移动的距离即为台阶的宽度，所述移动距离小于Y轴激光器之间的间距1mm，沿Y轴延伸方向上设置10排激光器同步移动，即可实现一个10mm*10mm的直线型10台阶衍射光学器件的制备，其中每个台阶的宽度和深度均不相同。
参照图3所示，根据步骤S2中的衍射光学元器件的图案设置步骤S3中激光器阵列中激光器的分布形式，当图案为圆型扇形状台阶时，设置激光器阵列中的激光器为环形阵列分布，在本实施例中，多个所述激光器设置在同一平面内，多个所述激光器设置在以同一点为圆心、半径不同的多个同心圆的圆周上，多个同心圆之间的半径间距为0.1mm，在每个圆周上所述激光器周向均匀分布设置，如果要加工一个10mm*10mm的扇型10台阶衍射光学器件，可以以同一点为圆心设置100个同心圆，在每个同心圆上周向均匀分布设置10个激光器，其中，位于同一圆周上的10个激光器设定相同的激光能量，以圆心为轴转动的角度相同，位于不同圆心上的10个激光器设定不同的激光能量，以圆心为轴转动的角度不同，所述激光器转动的角度即为台阶的弧长，所述转动角度小于同一圆周上相邻激光器之间的角度，以同一圆心设置的100个同心圆上的激光器同步转动，即可实现一个10mm*10mm的扇型10台阶衍射光学器件的制备，其中每个台阶的弧长和深度均不相同。
实施例2
为了实现上述衍射光学元器件制备方法，本实施例中提供了一种衍射光学元器件制备装置，所述衍射光学元器件制备装置包括真空吸附台、激光器阵列和控制终端；
所述真空吸附台用于真空吸附固定元器件衬底；
所述激光器阵列设置在真空吸附台的侧面，所述激光器阵列上设置有多个可移动的激光器，所述激光器向元器件衬底的加工面发射激光；
所述控制终端向每个激光器发出控制命令，所述激光器根据控制端的命令运动，在元器件衬底上借助激光能量去除不需要的材料，实现设计的图案。
具体地，根据现有的衍射光学元器件的主要两种形式：光栅型结构和圆型结构，设置激光器阵列中激光器的分布形式:矩形阵列分布和环形阵列分布。
在刻画光栅型条状台阶时，选取矩形阵列中一排横向延伸的多个激光器沿竖向延伸方向移动，移动的距离即为条状台阶的宽度，激光器移动的距离小于激光器之间的间距；选取矩形阵列中多排横向延伸的多个激光器沿竖向延伸方向移动，同步刻画多台阶结构；
刻画圆型扇形状台阶时，选取环形阵列中同一半径上的多个激光器沿圆周面转动，转动的角度即为扇形状台阶的弧面长度，激光器转动的角度小于激光器之间的间距，选取环形阵列中不同半径方向上的多个激光器沿圆周面转动，同步刻画多台阶结构；
控制每个激光器的激光发射能量，形成不同深度的多台阶结构，即得到多台阶衍射微光学元件。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种衍射光学元器件制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备元器件衬底，对元器件衬底进行预处理；
S2、设计衍射光学元器件的图案；
S3、将元器件衬底的一面确定为加工面，在加工面的一侧通过多个激光器组成的激光器阵列向元器件衬底方向发射激光；
S4、根据设计的衍射光学元器件图案控制每个激光器的移动位置，在元器件衬底的加工面上刻画形成多台阶结构；
S5、控制每个激光器的激光发射能量，形成不同深度的多台阶结构，即得到多台阶衍射微光学元件。
2.根据权利要求1所述的衍射光学元器件制备方法，其特征在于：在步骤S1中，根据所需制备的衍射光学元器件的大小，选取大于衍射光学元器件的基片，对基片进行清洗和烘干处理。
3.根据权利要求1所述的衍射光学元器件制备方法，其特征在于：在步骤S2中，设计的衍射光学元器件的图案包括光栅型条状台阶和圆型扇形状台阶。
4.根据权利要求3所述的衍射光学元器件制备方法，其特征在于：根据步骤S2中的衍射光学元器件的图案设置步骤S3中激光器阵列中激光器的分布形式，当图案为光栅型条状台阶时，设置激光器阵列中的激光器为矩形阵列分布。
5.根据权利要求4所述的衍射光学元器件制备方法，其特征在于：在刻画光栅型条状台阶时，选取矩形阵列中一排横向延伸的多个激光器沿竖向延伸方向移动，移动的距离即为条状台阶的宽度，激光器移动的距离小于激光器之间的间距。
6.根据权利要求4所述的衍射光学元器件制备方法，其特征在于：在刻画光栅型条状台阶时，选取矩形阵列中多排横向延伸的多个激光器沿竖向延伸方向移动，同步刻画多台阶结构。
7.根据权利要求3所述的衍射光学元器件制备方法，其特征在于：根据步骤S2中的衍射光学元器件的图案设置步骤S3中激光器阵列中激光器的分布形式，当图案为圆型扇形状台阶时，设置激光器阵列中的激光器为环形阵列分布。
8.根据权利要求7所述的衍射光学元器件制备方法，其特征在于：在刻画圆型扇形状台阶时，选取环形阵列中同一半径上的多个激光器沿圆周面转动，转动的角度即为扇形状台阶的弧面长度，激光器转动的角度小于激光器之间的角度。
9.根据权利要求7所述的衍射光学元器件制备方法，其特征在于：在刻画圆型扇形状台阶时，选取环形阵列中不同半径方向上的多个激光器沿圆周面转动，同步刻画多台阶结构。
10.一种衍射光学元器件制备装置，其特征在于：用于实现上述权利要求1-9任意一项所述的衍射光学元器件制备方法。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020082528A (ko) * | 2001-04-24 | 2002-10-31 | 주식회사 케이티 | 격자 어레이 제작 방법 및 이를 이용한 레이저 어레이 |
| JP2005136365A (ja) * | 2003-12-22 | 2005-05-26 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ照射装置及びレーザ照射方法 |
| CN201345033Y (zh) * | 2009-01-21 | 2009-11-11 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 高速多光束并行激光直写装置 |
| CN106526731A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-03-22 | 重庆卓美华视光电有限公司 | 玻璃光栅的制作方法、装置及系统 |
| US20170363880A1 (en) * | 2014-12-03 | 2017-12-21 | President And Fellows Of Harvard College | Direct laser writing of 3-d gratings and diffraction optics |
| CN111474616A (zh) * | 2019-01-24 | 2020-07-31 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种宽束飞秒激光双脉冲制备亚波长金属光栅的方法 |
| CN113204065A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-08-03 | 西湖大学 | 一种光栅的加工方法和设备 |
-
2021
- 2021-12-29 CN CN202111646361.XA patent/CN114779380B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020082528A (ko) * | 2001-04-24 | 2002-10-31 | 주식회사 케이티 | 격자 어레이 제작 방법 및 이를 이용한 레이저 어레이 |
| JP2005136365A (ja) * | 2003-12-22 | 2005-05-26 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ照射装置及びレーザ照射方法 |
| CN201345033Y (zh) * | 2009-01-21 | 2009-11-11 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 高速多光束并行激光直写装置 |
| US20170363880A1 (en) * | 2014-12-03 | 2017-12-21 | President And Fellows Of Harvard College | Direct laser writing of 3-d gratings and diffraction optics |
| CN106526731A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-03-22 | 重庆卓美华视光电有限公司 | 玻璃光栅的制作方法、装置及系统 |
| CN111474616A (zh) * | 2019-01-24 | 2020-07-31 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种宽束飞秒激光双脉冲制备亚波长金属光栅的方法 |
| CN113204065A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-08-03 | 西湖大学 | 一种光栅的加工方法和设备 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| LIANG YANG ETC.: "Parallel direct laser writing of micro-optical and photonic structures using spatial light modulator", 《OPTICS AND LASERS IN ENGINEERING》, vol. 70 * |
| YOUNG-GWANG KIM ETC.: "Method of fabricating an array of diffractive optical elements by using a direct laser lithography", 《THE INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY (2019)》, vol. 101 * |
| 单明广;郭黎利;钟志;: "用于并行激光直写的连续深浮雕衍射透镜阵列研究", 光子学报, no. 11 * |
| 徐兵,王雪辉,陈林森,魏国军: "用激光直写制作光束整形元件的实验研究", 光电子技术与信息, no. 05 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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