專利名稱：激光全息透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微納米器件制作技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光全息透鏡的制作方法。
背景技術(shù)：
微納米器件制作工藝，為近十多年來(lái)興起的隨著光電子應(yīng)用領(lǐng)域，通訊領(lǐng)域，生物探測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展需要而誕生的高新技術(shù)。即在半導(dǎo)體，金屬及其它各種材料上，根據(jù)應(yīng)用需要，制作出尺寸在微米級(jí)或納米級(jí)的結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)結(jié)合材料本身的特性，具有獨(dú)特的應(yīng)用。 微納米器件制作的主要工藝流程，包括電子束寫(xiě)版技術(shù)，紫外光寫(xiě)版技術(shù)，離子體蝕刻技術(shù)，金屬蒸鍍技術(shù)等。激光全息透鏡，即基于光的衍射原理，根據(jù)光學(xué)的應(yīng)用要求而產(chǎn)生的復(fù)雜的全息界面透鏡?；谖⒓{米器件制作工藝所制作的激光全息透鏡具有廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景，根據(jù)不同的應(yīng)用要求，制作出具有各種各樣功能模式的激光全息透鏡，應(yīng)用于各類光學(xué)設(shè)備中，可達(dá)到簡(jiǎn)化邏輯光路，提高設(shè)備性能等諸多效果。太赫茲是激光全息透鏡一個(gè)新興的應(yīng)用領(lǐng)域。太赫茲(THz)輻射是指頻率從0. 1 到IOTHz的電磁波(波長(zhǎng)范圍0. 03mm至3mm)，其波長(zhǎng)在紅外線和微波之間，具有介于兩種射線之間的優(yōu)點(diǎn)具有很高的穿透能力；在高空間清晰度的情況下，射線的散射又很小。得益于太赫茲波的極大潛在應(yīng)用價(jià)值及商業(yè)市場(chǎng)，隨著太赫茲技術(shù)和產(chǎn)品應(yīng)用的不斷推廣， 應(yīng)用于太赫茲頻域的激光全息透鏡在國(guó)內(nèi)外都將具有極其廣闊的市場(chǎng)前景；此外，在制作過(guò)程中，由于太赫茲波長(zhǎng)較長(zhǎng)，能容忍較高的制作偏差，從而使制作工藝具有較高的可重復(fù)性，進(jìn)而能進(jìn)行大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種激光全息透鏡的制作方法，可根據(jù)應(yīng)用要求靈活變化，制作出各種激光全息透鏡，且整個(gè)工藝過(guò)程簡(jiǎn)單快速，成本低廉，可進(jìn)行大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的激光全息透鏡的制作方法，包括以下步驟
1)根據(jù)應(yīng)用要求，基于光的衍射原理，利用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出所要制作的全息界面結(jié)
構(gòu)；
2)應(yīng)用微細(xì)加工技術(shù)，將步驟1)計(jì)算得出的全息界面結(jié)構(gòu)刻蝕到基板上，制作出激光全息透鏡的母體；
3)利用納米壓印技術(shù)，將步驟2)得到的母體上的全息界面結(jié)構(gòu)壓印于透鏡基材上，制作出激光全息透鏡。進(jìn)一步，所述步驟1)中，將所述全息界面結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分解為兩個(gè)以上的面版，所有面版疊合在一起即還原了原界面結(jié)構(gòu)；所述步驟2)中，應(yīng)用微細(xì)加工技術(shù)，分別制作出步驟1)中的所有面版，再依次將所有面版上的結(jié)構(gòu)疊加刻蝕到基板上，基板上最終得到所要制作的全息界面結(jié)構(gòu)，制作出激光全息透鏡的母體。
進(jìn)一步，所述步驟2)中，制作面版的具體步驟為
A.在不透明的底板上涂覆電子束膠；
B.按照設(shè)計(jì)的面版結(jié)構(gòu)對(duì)電子束膠進(jìn)行電子束曝光；
C.顯影獲得電子束膠上的面版結(jié)構(gòu)；
D.以電子束膠為掩模對(duì)底板進(jìn)行刻蝕，在底板上刻蝕出透明部分；
E.去除殘余電子束膠完成面版的制作。進(jìn)一步，所述步驟2)中，依次將所有面版上的結(jié)構(gòu)疊加刻蝕到基板上的具體步驟為
a.在基板上涂覆光刻膠；
b.以第一個(gè)面版為濾光板對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光；
c.顯影獲得光刻膠上的面版結(jié)構(gòu)；
d.以光刻膠為掩模對(duì)基板進(jìn)行刻蝕，即將第一個(gè)面版上的結(jié)構(gòu)刻蝕到基板上；
e.去除殘余光刻膠；
f.重復(fù)上述a e步，依次將所有面版上的結(jié)構(gòu)疊加刻蝕到基板上。進(jìn)一步，所述光刻膠為SU8。進(jìn)一步，所述步驟a中，先在基板上沉積二氧化硅，再在二氧化硅上涂覆光刻膠； 所述步驟d中，以光刻膠為掩模，先對(duì)二氧化硅進(jìn)行刻蝕，再對(duì)基板進(jìn)行刻蝕；所述步驟e 中，經(jīng)過(guò)HF刻蝕二氧化硅來(lái)去除殘余光刻膠。進(jìn)一步，所述步驟b中，所述曝光為紫外線曝光；所述步驟d中，所述刻蝕為等離子體刻蝕。進(jìn)一步，所述面版為三個(gè)。進(jìn)一步，所述步驟2)中，所述基板為硅基板。進(jìn)一步，所述步驟3)中，所述透鏡基材為聚丙烯，所述納米壓印技術(shù)為熱壓印技術(shù)。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明利用計(jì)算機(jī)預(yù)先計(jì)算設(shè)計(jì)全息界面結(jié)構(gòu)，全息界面結(jié)構(gòu)可根據(jù)應(yīng)用要求靈活變化，再將該全息界面結(jié)構(gòu)刻蝕到基板上，得到激光全息透鏡的母體，利用該母體，即可快速廉價(jià)的大規(guī)模復(fù)制激光全息透鏡，整個(gè)工藝過(guò)程簡(jiǎn)單快速， 成本低廉；另外，針對(duì)直接刻蝕僅能制作出兩層結(jié)構(gòu)，不能制作出曲面、斜面等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的缺陷，本發(fā)明還提供了一種分層套刻的方法，將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分解為兩個(gè)以上的面版，再依次將面版上的結(jié)構(gòu)疊加刻蝕到基板上，最終形成多層結(jié)構(gòu)，基板上得到所設(shè)計(jì)的全息界面結(jié)構(gòu)。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中
圖1為計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出的全息界面結(jié)構(gòu)； 圖2為全息界面結(jié)構(gòu)分解出的三個(gè)面版； 圖3為制作面版的工藝流程示意圖4為將第一個(gè)面版上的結(jié)構(gòu)刻蝕到基板上的工藝流程示意圖；圖5為將第二個(gè)面版上的結(jié)構(gòu)疊加刻蝕到基板上的工藝流程示意圖； 圖6為將第三個(gè)面版上的結(jié)構(gòu)疊加刻蝕到基板上的工藝流程示意圖； 圖7為激光全息透鏡母體上的全息界面結(jié)構(gòu)照片； 圖8為壓印于透鏡基材上的全息界面結(jié)構(gòu)照片； 圖9為熱壓印過(guò)程示意圖； 圖10為菲涅爾透鏡的性能測(cè)量結(jié)果； 圖11為光點(diǎn)陣衍射透鏡的性能測(cè)量結(jié)果； 圖12為激光能量分布轉(zhuǎn)換透鏡的性能測(cè)量結(jié)果。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。本發(fā)明的激光全息透鏡的制作方法，包括以下步驟
1)根據(jù)應(yīng)用要求，基于光的衍射原理，利用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出所要制作的全息界面結(jié)構(gòu)，如圖ι所示；將圖ι的全息界面結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分解為三個(gè)面版，如圖2所示，1、2、3三個(gè)面版疊合在一起即還原了原界面結(jié)構(gòu)；雖然全息界面結(jié)構(gòu)分解為越多的面版，基板上最終得到的全息界面結(jié)構(gòu)越精確，但加工工藝也越復(fù)雜繁瑣，將全息界面結(jié)構(gòu)分解為三個(gè)面版最為平衡；當(dāng)然，如果所要制作的全息界面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也可不分解全息界面結(jié)構(gòu)，而在后續(xù)步驟中利用微細(xì)加工技術(shù)直接將該全息界面結(jié)構(gòu)刻蝕到基板上。2)應(yīng)用微細(xì)加工技術(shù)，分別制作出步驟1)中的所有面版，再依次將所有面版上的結(jié)構(gòu)疊加刻蝕到基板上，基板上最終得到所要制作的全息界面結(jié)構(gòu)，制作出激光全息透鏡的母體。如圖3所示，制作面版的具體步驟為
A.在不透明的底板4上涂覆電子束膠5(比如PMMA)；
B.按照設(shè)計(jì)的面版結(jié)構(gòu)對(duì)電子束膠5進(jìn)行電子束曝光；
C.顯影獲得電子束膠5上的面版結(jié)構(gòu)；
D.以電子束膠5為掩模對(duì)底板4進(jìn)行刻蝕，在底板4上刻蝕出透明部分；
E.去除殘余電子束膠5完成面版的制作。本實(shí)施例中，所述不透明的底板4為在石英板上鍍上一層不透明膜，以電子束膠5 為掩模，將石英板上相應(yīng)位置的不透明膜刻蝕掉，即在底板4上刻蝕出透明部分；當(dāng)然，還可以采用其它不透明的底板，以電子束膠為掩模，在不透明的底板上刻蝕出孔洞，即在底板 4上刻蝕出透明部分。依次將所有面版上的結(jié)構(gòu)疊加刻蝕到基板上的具體步驟為
a.先在基板6上沉積二氧化硅7，再在二氧化硅7上涂覆光刻膠8；光刻膠優(yōu)選為SU8， 因?yàn)镾U8的填充較為嚴(yán)實(shí)，且填充完成后表面平整；由于光刻膠不容易去除，因此本實(shí)施例在光刻膠與基板之間設(shè)置二氧化硅層，以通過(guò)刻蝕掉二氧化硅層來(lái)去除殘余光刻膠；
b.以面版1為濾光板對(duì)光刻膠8進(jìn)行曝光；
c.顯影獲得光刻膠8上的面版結(jié)構(gòu)；
d.以光刻膠8為掩模，先對(duì)二氧化硅7進(jìn)行刻蝕，再對(duì)基板6進(jìn)行刻蝕，即將面版1上的結(jié)構(gòu)刻蝕到基板6上；e.經(jīng)過(guò)HF刻蝕二氧化硅7來(lái)去除殘余光刻膠8；如圖4所示，此時(shí)基板上具有兩層結(jié)
構(gòu)；
f.如圖5所示，重復(fù)上述a e步，將面版2上的結(jié)構(gòu)疊加刻蝕到基板上，此時(shí)基板上形成四層結(jié)構(gòu)；如圖6所示，再次重復(fù)上述a e步，將面版3上的結(jié)構(gòu)疊加刻蝕到基板上，此時(shí)基板上形成八層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明這種分層套刻的方法，克服了直接刻蝕僅能制作出兩層結(jié)構(gòu)，不能制作出曲面、斜面等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的缺陷，最終形成多層結(jié)構(gòu)，基板上得到所設(shè)計(jì)的全息界面結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，所述基板為硅基板；所述步驟b中，所述曝光為紫外線曝光，紫外線曝光寫(xiě)版具有快速、簡(jiǎn)捷、大面積等優(yōu)點(diǎn)，其可制作的最高精度為1微米；所述步驟d中，所述刻蝕為等離子體刻蝕，等離子體刻蝕法，是先進(jìn)的半導(dǎo)體刻蝕技術(shù)，能夠蝕刻各種半導(dǎo)體材料并達(dá)到高的縱橫比和光滑的表面；當(dāng)然，本發(fā)明并不僅限于使用紫外線曝光和等離子體刻蝕法，也可以采用其它微細(xì)加工技術(shù)。3)禾Ij用納米壓印技術(shù)，將步驟2)得到的母體上的全息界面結(jié)構(gòu)(如圖7所示)壓印于透鏡基材上(如圖8所示)，制作出激光全息透鏡；本實(shí)施例中，所述透鏡基材為聚丙烯， 所述納米壓印技術(shù)為熱壓印技術(shù)，如圖9所示，利用加熱底座9將母體10加熱，然后利用重物11將聚丙烯12壓入，待溫度稍降后剝離即可；當(dāng)然，本發(fā)明并不僅限于使用熱壓印技術(shù)， 透鏡基材也不僅限于聚丙烯。本發(fā)明可根據(jù)不同的應(yīng)用要求，制作出具有各種各樣功能模式的激光全息透鏡， 應(yīng)用于各類光學(xué)設(shè)備中，可達(dá)到簡(jiǎn)化邏輯光路，提高設(shè)備性能等諸多效果；其目前最直接現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用即可應(yīng)用于太赫茲頻域作為各種光學(xué)器件，例如菲涅爾透鏡，實(shí)現(xiàn)對(duì)2THz頻率光在經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后光能量提高70倍(測(cè)量結(jié)果如圖10所示);光點(diǎn)陣衍射透鏡，經(jīng)過(guò)透鏡后成功實(shí)現(xiàn)3X3的光點(diǎn)陣(測(cè)量結(jié)果如圖11所示)；激光能量分布轉(zhuǎn)換透鏡，經(jīng)過(guò)透鏡后將高斯分布的激光能量轉(zhuǎn)化為平頂分布(測(cè)量結(jié)果如圖12所示)。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離所附權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種激光全息透鏡的制作方法，其特征在于包括以下步驟1)根據(jù)應(yīng)用要求，基于光的衍射原理，利用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出所要制作的全息界面結(jié)構(gòu)；2)應(yīng)用微細(xì)加工技術(shù)，將步驟1)計(jì)算得出的全息界面結(jié)構(gòu)刻蝕到基板上，制作出激光全息透鏡的母體；3)利用納米壓印技術(shù)，將步驟2)得到的母體上的全息界面結(jié)構(gòu)壓印于透鏡基材上，制作出激光全息透鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光全息透鏡的制作方法，其特征在于所述步驟1)中，將所述全息界面結(jié)構(gòu)進(jìn)一步分解為兩個(gè)以上的面版，所有面版疊合在一起即還原了原界面結(jié)構(gòu)；所述步驟2)中，應(yīng)用微細(xì)加工技術(shù)，分別制作出步驟1)中的所有面版，再依次將所有面版上的結(jié)構(gòu)疊加刻蝕到基板上，基板上最終得到所要制作的全息界面結(jié)構(gòu)，制作出激光全息透鏡的母體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光全息透鏡的制作方法，其特征在于所述步驟2)中，制作面版的具體步驟為A.在不透明的底板上涂覆電子束膠；B.按照設(shè)計(jì)的面版結(jié)構(gòu)對(duì)電子束膠進(jìn)行電子束曝光；C.顯影獲得電子束膠上的面版結(jié)構(gòu)；D.以電子束膠為掩模對(duì)底板進(jìn)行刻蝕，在底板上刻蝕出透明部分；E.去除殘余電子束膠完成面版的制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光全息透鏡的制作方法，其特征在于所述步驟2)中，依次將所有面版上的結(jié)構(gòu)疊加刻蝕到基板上的具體步驟為a.在基板上涂覆光刻膠；b.以第一個(gè)面版為濾光板對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光；c.顯影獲得光刻膠上的面版結(jié)構(gòu)；d.以光刻膠為掩模對(duì)基板進(jìn)行刻蝕，即將第一個(gè)面版上的結(jié)構(gòu)刻蝕到基板上；e.去除殘余光刻膠；f.重復(fù)上述a e步，依次將所有面版上的結(jié)構(gòu)疊加刻蝕到基板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光全息透鏡的制作方法，其特征在于所述光刻膠為SU8。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光全息透鏡的制作方法，其特征在于所述步驟a中，先在基板上沉積二氧化硅，再在二氧化硅上涂覆光刻膠；所述步驟d中，以光刻膠為掩模，先對(duì)二氧化硅進(jìn)行刻蝕，再對(duì)基板進(jìn)行刻蝕；所述步驟e中，經(jīng)過(guò)HF刻蝕二氧化硅來(lái)去除殘余光刻膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光全息透鏡的制作方法，其特征在于所述步驟b中，所述曝光為紫外線曝光；所述步驟d中，所述刻蝕為等離子體刻蝕。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7任意一項(xiàng)所述的激光全息透鏡的制作方法，其特征在于所述面版為三個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項(xiàng)所述的激光全息透鏡的制作方法，其特征在于所述步驟2)中，所述基板為硅基板。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7任意一項(xiàng)所述的激光全息透鏡的制作方法，其特征在于所述步驟3)中，所述透鏡基材為聚丙烯，所述納米壓印技術(shù)為熱壓印技術(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種激光全息透鏡的制作方法，包括以下步驟1)根據(jù)應(yīng)用要求，基于光的衍射原理，利用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出所要制作的全息界面結(jié)構(gòu)；2)應(yīng)用微細(xì)加工技術(shù)，將步驟1)計(jì)算得出的全息界面結(jié)構(gòu)刻蝕到基板上，制作出激光全息透鏡的母體；3)利用納米壓印技術(shù)，將步驟2)得到的母體上的全息界面結(jié)構(gòu)壓印于透鏡基材上，制作出激光全息透鏡；本發(fā)明利用計(jì)算機(jī)預(yù)先計(jì)算設(shè)計(jì)全息界面結(jié)構(gòu)，全息界面結(jié)構(gòu)可根據(jù)應(yīng)用要求靈活變化，再將該全息界面結(jié)構(gòu)刻蝕到基板上，得到激光全息透鏡的母體，利用該母體，即可快速廉價(jià)的大規(guī)模復(fù)制激光全息透鏡，整個(gè)工藝過(guò)程簡(jiǎn)單快速，成本低廉。
文檔編號(hào)G03F7/00GK102183809SQ20111011836
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者史曉華, 陳沁 申請(qǐng)人:蘇州光舵微納科技有限公司