CN204666854U - 一种全息制作平面闪耀光栅的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制作平面闪耀光栅的装置，包括溶解装置、高速旋转涂布机、真空烘箱、全息光刻装置和倾斜照明装置。该新装置的核心功能：利用偏振器件产生左旋圆偏振光（LCP）和右旋圆偏振光（RCP），然后将两束光产生干涉，在偶氮化合物上产生正弦型表面起伏光栅；再用起偏器将激发光调制成偏振方向垂直于光栅线条的单束线偏振光倾斜照射上述产生的正弦光栅。通过控制光照时间和激光照射能量可以精确控制光栅形变量，从而精确控制闪耀光栅的闪耀角。

Description

一种全息制作平面闪耀光栅的装置

技术领域

本实用新型涉及一种衍射光学元件的制备装置，具体涉及全息平面闪耀光栅的制备新装置。

背景技术

衍射光栅一种重要的分光器件，在计量、成像、信息处理、集成光学和光通信等新兴领域被越来越多地采用。当光栅刻划成锯齿形的线槽断面时，光栅的光能量便集中在预定的方向上，即闪耀光栅某一级光谱上。从这个方向探测时，光谱的强度最大，极大地提高了光栅的衍射效率。

通常制作闪耀光栅最常用的设备是全息干涉装置和离子束刻蚀机，如图1所示，用全息的干涉的方法在涂布光刻胶的基底表面进行光刻，然后通过显影工艺，得到表面浮雕的光刻胶掩模，最后通过离子束倾斜刻蚀得到闪耀光栅，这种方法对光刻胶掩模的占宽比，槽深提出了极高的要求，而且对离子束刻蚀时的离子束的发散角有较高要求。目前还没有非常有效的方法控制光刻胶掩模的槽型和离子束刻蚀的深度，另外一方面，为了得到精确的闪耀角，需要大量的工艺实验，摸索离子束的刻蚀角度和刻蚀时间。专利申请号[CN 102360093 A]提出了采用同质掩模法来精确控制闪耀角，该方法需要两次离子束刻蚀，工艺复杂。因此很有必要寻求一种新装置来制作平面闪耀光栅，来解决上述问题。

偶氮化合物具有光致质量迁移特性。当激光照射在偶氮化合物上，偶氮分子会发生整体移动，形成宏观的质量迁移，这种现象叫光致质量迁移。在干涉的偏振激光辐照下，偶氮聚合物薄膜表面发生光致质量迁移，偶氮聚合物从亮处迁移到暗处，在聚合物薄膜表面形成规则的正弦波形起伏光栅。再利用特殊偏振态的偏振光照射能够是形成的表面起伏光栅进行不对称的质量迁移。

发明内容

本实用新型的目的在于通过简单的装置来得到精确闪耀角的平面闪耀光栅。根据本发明的目的提出了一种全息制作平面闪耀光栅的新装置，具体的装置结构模块如下：

（1）偶氮化合物溶解装置；

（2）偶氮化合物薄膜涂布的高速旋转涂布机；

（3）真空烘箱，对偶氮化合物薄膜退火；

（4）全息光刻装置，对所述的偶氮化合物薄膜上采用左旋圆偏振光和右旋圆偏振光进行干涉光刻，在其表面形成起伏的正弦型光栅；

（5）倾斜照明装置，用偏振方向垂直于光栅线条的单束线偏振光对所述正弦型偶氮光栅进行倾斜照明，偶氮化合物分子形成不对称的质量迁移，形成三角形的闪耀光栅。

上述装置中，模块（1）中包括烧杯，量筒，玻璃棒，0.22微米的带过滤头的针筒等，完成偶氮化合物的溶解。

上述装置中，模块（2）中采用高速旋转涂布机，带有抽真空装置，能够在真空中完成偶氮化合物薄膜的涂布。

上述装置中，模块（3）采用洁净的真空烘箱，能够在低真空环境下连续的加热，到达设定温度后，恒温。

上述装置中，模块（4）中包括反射镜，偏振元件，激光器等。激光器产生的激光经过半波片可以调节激光的偏振态，经过格兰棱镜分成两束光，透射光为TM偏振光，反射光为TE偏振光，调节透射光路中的四分之一波片的光轴与透射光的偏振方向成45°， TM偏振光通过半波片后，转换成TE偏振光，反射光路中四分之一波片的光轴与反射光的偏振方向成-45°，通过旋转半波片，使得两束光的光强一致，产生对比度最好的干涉条纹。对偶氮化合物薄膜进行干涉光刻，在其表面形成起伏的正弦型光栅。

优选的技术方案，所述全息光刻装置所采用的激光器为波长在350纳米～446纳米的激光器。

更优选地，所述激光器为氪离子激光器。

上述装置中，模块（5）包括激光器，起偏器。激光器产生的激光经过起偏器，将激光的偏振方向调制成垂直于光栅线条，然后倾斜照明上述形成的正弦型光栅。

由于上述装置的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

采用全息干涉装置，发出左旋圆偏振光（LCP）和右旋圆偏振光（RCP），在偶氮化合物薄膜上记录干涉条纹，制作出正弦型表面起伏光栅；再用倾斜照明装置，将激光的偏振方向调制成与光栅线条垂直，入射角度40°倾斜照射，形成不对称的闪耀光栅，通过控制光照时间和激光照射能量可以精确控制光栅形变量，从而精确控制闪耀光栅的闪耀角。

附图说明

图1是二步法全息制作平面闪耀光栅的装置示意图。

具体实施方式

为了更清楚地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。

一种全息制作平面闪耀光栅的装置，如图1所示，包括以下几个功能模块：

（1）偶氮化合物溶解装置，利用烧杯，量筒，玻璃棒，针筒等仪器，将链悬挂偶氮苯小环的功能性聚合物Pcyclic-AzoMMA溶于提纯后的无水无氧THF中配成浓度为40mg/mL的溶液，用带有孔径大小为0.22um的过滤头针筒过滤除尘，然后将聚合物溶液滴加到洁净的玻璃基片上；

（2）高速旋转涂布机，利用涂布机自带抽真空设备在涂布开始前抽真空，控制涂布机的旋转速度，控制偶氮聚合物薄膜的涂布厚度250nm~300nm；

（3）真空烘箱，采用真空烘箱抽真空，缓慢加温至偶氮聚合物Pcyclic-AzoMMA 玻璃化温度以上10℃，在此温度下恒温烘烤12小时，真空烘箱完成12小时的退火后，自然缓慢降至室温；

（4）全息光刻装置：激光器产生的激光经过半波片可以调节激光的偏振态，经过格兰棱镜分成两束光，透射光为TM偏振光，反射光为TE偏振光，TE偏振光通过四分之一波片后变成左旋圆偏振光，TM偏振光通过半波片后，转换成TE偏振光，再通过四分之一波片后变成右旋圆偏振光，通过旋转半波片，使得两束光的光强一致，产生对比度最好的干涉条纹。本发明中采用记录激光波长为413.1nm，通过调整激光器的输入电流，控制单束光强为60mW/cm²至80mW/cm²，控制曝光曝光时间为1600s至2300s。对偶氮化合物薄膜进行干涉光刻，在其表面形成起伏的正弦型光栅；

（5）倾斜光照明装置，激光器产生的激光经过起偏器，将激光的偏振方向调制成垂直于光栅线条，然后倾斜照明上述形成的正弦型光栅。通过调节激光器所在的旋转平台，调整入射角度在40°附近。正弦光栅在倾斜照明的条件下发生不对称的质量迁移，从而得到闪耀光栅。由于正弦型光栅在电场力作用下变成不对称的闪耀光栅这个过程中，形变是连续的，因此闪耀角也是连续变化的，只要控制倾斜照明的时间和照射能量就可以精确控制光栅形变，得到预定闪耀角的闪耀光栅。通过控制激光器的输入电流，调节光强100mW/cm²至120mW/cm²，控制照明时间100s至900s，闪耀角发生连续变化：24.5°至10.5°。

Claims (5)

1.一种全息制作平面闪耀光栅的装置，包括涂布偶氮化合物薄膜的旋转涂布机，偶氮化合物薄膜退火的真空烘箱，其特征在于还包括以下两个装置：

(1)全息光刻装置，包括激光器、半波片、格兰棱镜、四分之一波片、反射镜，激光器产生的激光经过用以调节激光偏振态的半波片，经过格兰棱镜分成两束光，一束光通过四分之一波片后变成左旋圆偏振光，另一束光通过四分之一波片后变成右旋圆偏振光，偶氮化合物薄膜放置于左旋圆偏振光与右旋圆偏振光发生干涉之处；

(2)倾斜照明装置，包括激光器、起偏器，激光器产生的激光经过起偏器将激光的偏振方向调制成垂直于光栅线条，倾斜照明上述形成的正弦型光栅。

2.如权利要求1所述的全息制作平面闪耀光栅的装置，其特征在于：所述全息光刻装置所采用的激光器为波长在350纳米～446纳米的激光器。

3.如权利要求2所述的全息制作平面闪耀光栅的装置，其特征在于：所述激光器为氪离子激光器。

4.如权利要求1所述的全息制作平面闪耀光栅的装置，其特征在于：所述全息光刻装置中，透射光路中的四分之一波片的光轴与透射光的偏振方向成45°，反射光路中四分之一波片的光轴与反射光的偏振方向成-45°。

5.如权利要求1所述的全息制作平面闪耀光栅的装置，其特征在于：所述的倾斜照明装置中，激光器安装在旋转台上。