CN105929475B - 一种凹面光栅的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种凹面光栅的制作方法，包括以下步骤：1)制备或选取光栅模板；2)选取聚合物胶；3)对光栅模板进行清洗；4)在光栅模板上涂覆聚合物胶并且固化；5)将聚合物胶进行脱模形成软质印模；6)在软质印模的光栅结构面上溅射金属膜；7)选取与制备的凹面光栅大小弧度相匹配的弧形金属工件；8)将软质印模的背面和弧形金属工件的内表面进行等离子改性；9)将软质印模的背面和弧形金属工件的内表面粘合；上述步骤1)、2)或者2)、3)可以互换。本发明的制作方法工艺简单，能够大面积、大规模的进行凹面光栅制备，极大地降低了凹面光栅的制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种光栅制作方法，特别是涉及一种凹面光栅的制作方法。
背景技术
凹面光栅又称为罗兰光栅，它的作用是使光既衍射又聚焦，是凹面光栅直读式光谱仪中的关键核心分光器件，可用于远紫外及远红外光谱区域。1819年第一块光栅出现以来，衍射光栅经过不断地创新发展获得了长足的进步。1947年以来，机械刻划技术是衍射光栅的主要产出方法。刻划方式极大地限制了光栅的生产速度，导致产率极低及成本昂贵。特别是曲面光栅，由于曲面结构相对平面较为特殊，采用石英、玻璃等质地较硬的无机材料，加工难度大，在精度和一致性方面不太容易保证，从而带来了很高的制备成本。因此，传统机械产出方式精密度不高，大面积、微尺寸衍射光栅的应用水平和发展能力受到极大的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单，能够大面积、大规模的进行凹面光栅制备，极大地降低了凹面光栅的制作成本。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种凹面光栅的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)制备或选取光栅模板；
2)制备聚合物胶；
3)对光栅模板进行清洗；
4)在光栅模板上涂覆聚合物胶并且固化；
5)将聚合物胶进行脱模形成软质印模；
6)在软质印模的光栅结构面上溅射金属膜；
7)选取与制备的凹面光栅大小弧度相匹配的弧形金属工件；
8)将软质印模的背面和弧形金属工件的内表面进行等离子改性；
9)将软质印模的背面和弧形金属工件的内表面粘合；
上述步骤1)和2)或者2)和3)可以互换。
优选地，所述光栅模板的材料为玻璃、石英或者硅。
优选地，所述聚合物胶的主剂为PDMS，并且步骤2)中，将主剂与固化剂按质量比10:1配置，调配过程中搅拌均匀，放入真空设备中抽至真空状态，冷却备用。
优选地，步骤3)中清洗的具体流程为：用玻璃清洗液、丙酮、异丙醇、去离子水依次超声清洗各15分钟，再用流动的氮气吹干表面水分备用。
优选地，步骤4)中，将光栅模板放置于匀胶机上，用配置好的聚合物胶进行旋涂，将旋涂后的光栅模板(1)反复置于真空设备中，去除多余气泡。
优选地，旋涂的聚合物胶的厚度要大于光栅模板上的光栅结构的齿形高度的十倍以上。
优选地，步骤6)中将软质印模有光栅结构的面向上放置在干净的硅片上，进行磁控溅射。
优选地，溅射所用的靶材为金、银或者铝，溅射的金属膜的厚度为10nm-100nm。
为了更好地固化旋涂的聚合物胶，将反复置于真空设备后的光栅模板置于烘箱加热中，然后关闭烘箱自然冷却至室温。
与现有技术相比，本发明的优点在于本发明无需传统光栅制作过程中的精密机械刻划，大大地简化了制作工艺，成本低廉，为成本低廉的微型光谱仪提供了强大的技术支持。
附图说明
图1为本明实施例的光栅模板的剖面结构示意图。
图2为步骤4)后的剖面结构图。
图3为步骤6)过程的剖面示意图。
图4为金属工件的剖面示意图。
图5为软质印模和金属工件的剖面示意图。
图6为制作完成后的凹面光栅的剖面示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例的凹面光栅的制作方法，如图1-6所示，包括以下几个步骤：
步骤1)制备或选取光栅模板1，该光栅模板1的结构根据需要制作的凹面光栅结构来决定，材料为玻璃、石英或者硅，如图1所示，制备后的光栅模板1是剖面为矩形的闪耀光栅结构，周期为10um，闪耀角度为15°。
步骤2)选取聚合物胶，作为生成软质印模2的材料，该聚合物胶必须能够用于旋涂，优选其主剂为PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)、BCB(Benzocyclobutene，苯并环丁烯)或者聚酰亚胺(Polyimide)。如本实施例中选取的聚合物胶的主剂为PDMS，其主剂与固化剂按质量比10:1配置，调配过程中搅拌均匀，搅拌过程中会存在大量气泡，放入真空设备中抽至真空状态，抽真空完毕后，放入冰箱冷却备用。
步骤3)对该光栅模板1进行清洗，清洗流程为：用玻璃清洗液、丙酮、异丙醇、去离子水依次超声清洗各15分钟，再用流动的氮气吹干表面水分备用。
步骤4)，在光栅模板1上涂覆聚合物胶并且固化，将光栅模板1放置于匀胶机上，将匀配好的聚合物胶进行旋涂。旋涂参数为：采用500rpm，持续时间50s。旋涂完毕后，将已经均匀涂覆聚合物胶材料的光栅模板1反复置于真空设备中，抽至真空状态，去除多余气泡，并保持10min。然后取出光栅模板1置于120°的烘箱中30min后，关闭烘箱自然冷却至室温。旋涂的聚合物胶的厚度要大于光栅模板上的光栅结构的齿形高度的十倍以上。
步骤5)将聚合物胶从光栅模板1表面脱模去下，将固化后的聚合物胶从光栅模板1表面取下，得到聚合物胶材料的软质印模2。
步骤6)将软质印模2放在干净的硅片上，将有光栅结构的面朝上，放入磁控溅射机的溅射台上，通过离子溅射沉积薄膜，所用的靶材为铝(Al)，溅射真空度为8mTorr，功率为250W，溅射时间为10min。通过离子溅射沉积技术在复制的光栅结构表面沉积了一层70nm的铝膜。该金属膜可以为金、银或者铝，厚度为10nm-100nm。
步骤7)取内径5cm、外径5.5cm的弧形金属工件3，弧形金属工件3的内表面要光滑。该弧形金属工件3的弧度要根据要制作的凹面光栅的大小弧度决定。
步骤8)利用常压等离子体，将软质印模2的背面和弧形金属工件3的内表面进行等离子改性。即将软质印模2和弧形金属工件3的待加工表面露出并且放于等离子清洗机中用氧气加工一段时间即可。
步骤9)然后将软质印模2的背面和弧形金属工件3的内表面粘合即完成凹面光栅的制作。
本发明提出的制作方法，无需机械刻划，制作的一致性高，工艺简单，成本很低，非常适合大规模生产。本发明利用聚合物材料的优良特性，首先通过纳米压印过程中软质印模的制作方式，在平面光栅表面旋涂匀胶，再进行固化脱模，得到厚度均匀、结构完整的软质印模；然后通过磁控溅射的方式在印模表面镀一层金属，增加反射率；最后利用聚合物材料的高柔韧性将印模背面紧紧粘合在弧形金属工件的内表面上，形成凹面光栅结构。相比于传统的凹面光栅制作方式，本发明工艺简单，能够大面积、大规模地进行凹面光栅制备，极大地降低了凹面光栅的制作成本。
Claims (6)
1.一种凹面光栅的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)制备或选取光栅模板(1)；
2)制备聚合物胶，所述聚合物胶的主剂为PDMS，并且步骤2)中，将主剂与固化剂按质量比10:1配置，调配过程中搅拌均匀，放入真空设备中抽至真空状态，冷却备用；
3)对光栅模板(1)进行清洗，清洗的具体流程为：用玻璃清洗液、丙酮、异丙醇、去离子水依次超声清洗各15分钟，再用流动的氮气吹干表面水分备用；
4)在光栅模板(1)上涂覆聚合物胶并且固化，具体步骤为将光栅模板(1)放置于匀胶机上，用配置好的聚合物胶进行旋涂，将旋涂后的光栅模板(1)反复置于真空设备中，去除多余气泡；
5)将聚合物胶进行脱模形成软质印模(2)；
6)在软质印模(2)的光栅结构面上溅射金属膜；
7)选取与制备的凹面光栅大小弧度相匹配的弧形金属工件(3)；
8)将软质印模(2)的背面和弧形金属工件(3)的内表面进行等离子改性；
9)将软质印模(2)的背面和弧形金属工件(3)的内表面粘合；
上述步骤1)和2)或者2)和3)可以互换。
2.如权利要求1所述的凹面光栅的制作方法，其特征在于：所述光栅模板(1)的材料为玻璃、石英或者硅。
3.如权利要求1所述的凹面光栅的制作方法，其特征在于：旋涂的聚合物胶的厚度要大于光栅模板上的光栅结构的齿形高度的十倍以上。
4.如权利要求1所述的凹面光栅的制作方法，其特征在于：步骤6)中将软质印模(2)有光栅结构的面向上放置在干净的硅片上，进行磁控溅射。
5.如权利要求4所述的凹面光栅的制作方法，其特征在于：溅射所用的靶材为金、银或者铝，溅射的金属膜的厚度为10nm-100nm。
6.如权利要求1所述的凹面光栅的制作方法，其特征在于：将反复置于真空设备后的光栅模板(1)置于烘箱加热中，然后关闭烘箱自然冷却至室温。
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