CN109270615A - 光栅结构的制备系统及制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种光栅结构的制备系统及制备方法，属于光栅技术领域。该光栅结构包括基底上的多个相互隔离的光栅区域，光栅结构的制备系统包括激光装置、光路系统和样品台，其中，激光装置用于提供激光束；光路系统用于将所述激光束分为至少两束相干光束，并控制各所述相干光束在目标区域干涉；样品台用于固定和移动所述基底，使得所述基底的各个所述光栅区域按照预设路径依次处于所述目标区域并曝光形成光栅。该光栅结构的制备系统及制备方法能够快速、准确的制备光栅结构。

Description

光栅结构的制备系统及制备方法

技术领域

本公开涉及光栅技术领域，尤其涉及一种光栅结构的制备系统及制备方法。

背景技术

光栅元件是一种重要的光学元件，广泛应用于光谱学、计量、光通信和信息处理等领域。

光栅加工目前根据加工精度和衬底等的要求，分为电子束直写、紫外曝光等方法。然而，现有方法较为复杂，难以快速、准确地在同一基底的不同区域分别形成不同的光栅。举例而言，电子束直写虽然可以在硅基片实现纳米级的任意形状的结构，但是光栅加工时间长，加工费用高，导致加工成本高。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种光栅结构的制备系统及制备方法，以便快速、准确的制备光栅结构。

为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：

根据本公开的第一个方面，提供一种光栅结构的制备系统，所述光栅结构包括基底上的多个相互隔离的光栅区域；所述光栅结构的制备系统包括：

激光装置，用于提供激光束；

光路系统，用于将所述激光束分为至少两束相干光束，并控制各所述相干光束在目标区域干涉；

样品台，用于固定和移动所述基底，使得所述基底的各个所述光栅区域按照预设路径依次处于所述目标区域并曝光形成光栅。

在本公开的一种示例性实施例中，所述光路系统包括：

分束器，用于将所述激光束分为第一相干光束和第二相干光束；

第一反射镜，用于将所述第一相干光束反射向所述目标区域；

第二反射镜，用于将所述第二相干光束反射向所述目标区域；

第一控制机构，用于控制所述第一反射镜的位置和与所述第一相关光束的夹角，进而控制所述第一相干光束在所述目标区域的入射角；

第二控制机构，用于控制所述第二反射镜的位置和与所述第二相关光束的夹角，进而控制所述第二相干光束在所述目标区域的入射角。

在本公开的一种示例性实施例中，所述样品台包括：

样品托，用于固定所述基底；

第一平移机构，用于控制所述样品托沿第一方向平移；

第二平移机构，用于控制所述第一平移机构沿第二方向平移；

旋转机构，用于控制所述第二平移机构在旋转平面内进行旋转运动，所述旋转平面平行于所述第一方向和所述第二方向。

根据本公开的第二个方面，提供一种光栅结构的制备方法，所述光栅结构包括基底上的多个相互隔离的光栅区域；所述光栅结构的制备方法包括：

提供一激光束和所述基底，所述基底包括多个所述光栅区域；

将所述激光束分为至少两束相干光束，并控制各相干光束在目标区域干涉；

控制基底的各个光栅区域按照预设路径依次处于目标区域并曝光形成光栅。

在本公开的一种示例性实施例中，所述光栅结构的制备方法还包括：

在所述基底表面形成遮光层，所述遮光层包括多个透光区域，所述透光区域与所述光栅区域一一对应，且任一所述透光区域和对应设置的所述光栅区域的边缘齐平。

在本公开的一种示例性实施例中，各个光栅区域的边缘相同；

控制基底的各个光栅区域按照预设路径依次处于目标区域并曝光形成光栅包括：

提供一能够覆盖所述基底的掩膜板，所述掩膜板包括一个透光的窗口区，所述窗口区的边缘与所述光栅区域的边缘齐平；

控制所述掩膜板与所述基底相对运动，以便所述窗口区按照预设顺序依次暴露各个所述光栅区域；

任一所述光栅区域暴露时，控制所述掩膜板与所述基底同步移动，使得暴露的所述光栅区域移动至所述目标区域并曝光形成光栅。

在本公开的一种示例性实施例中，所述光栅结构的制备方法还包括：

在上一所述光栅区域形成光栅后，且下一所述光栅区域形成光栅之前，调整所述激光束的波长。

在本公开的一种示例性实施例中，所述光栅结构的制备方法还包括：

在上一所述光栅区域形成光栅后，且下一所述光栅区域形成光栅之前，调整所述相干光束在所述目标区域的入射角。

在本公开的一种示例性实施例中，所述光栅结构的制备方法还包括：

在上一所述光栅区域形成光栅后，且下一所述光栅区域形成光栅之前，旋转所述基底，以调整下一所述光栅区域中形成的光栅的周期的方向。

在本公开的一种示例性实施例中，所述光栅结构的制备方法还包括：

一所述光栅区域处于所述目标区域时，将所述光栅区域曝光后旋转至少一次，且每次旋转后均将所述光栅区域曝光。

本公开提供的光栅结构的制备系统，其通过激光装置和光路系统提供相干光束，相干光束在光栅区域干涉使得光栅区域曝光并形成光栅，该光栅形成方法简单、快速。不仅如此，样品台通过控制基底的移动，进而控制光栅区域移动至目标区域进行曝光，避免了通过改变相干光束的光路实现对曝光区域的定位，对曝光区域的定位更为准确、迅速，减小了光栅制备的时间。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本公开实施方式的光栅结构的制备方法流程示意图。

图2是本公开一实施方式的光栅示意图。

图3是本公开一实施方式的基底与掩膜板配合的立体示意图。

图4是本公开一实施方式的基底与掩膜板配合的示意图。

图5是本公开一实施方式中一光栅区域曝光的示意图。

图6是本公开一实施方式的光栅结构的示意图。

图7是本公开一实施方式中提供的一基底的示意图。

图8是本公开一实施方式中光栅区域依次曝光后的结构示意图。

图9是本公开一实施方式中在基底上形成遮光层的结构示意图。

图10是本公开另一实施方式中在基底上形成遮光层的结构示意图。

图11是本公开另一实施方式中光栅区域依次曝光后的结构示意图。

图12是本公开一实施方式中二维光栅的圆孔状微纳结构示意图。

图13是本公开一实施方式中二维光栅的圆柱状微纳结构示意图。

图14是本公开一实施方式中二维光栅的椭圆形微纳结构示意图。

图15是本公开一实施方式中二维光栅的椭圆形微纳结构的放大示意图。

图16是本公开一实施方式中光栅结构的制备系统的结构示意图。

图17是本公开另一实施方式中光栅结构的制备系统的结构示意图。

图18是本公开一实施方式中样品台的正视结构示意图。

图19是本公开一实施方式中样品台的侧视结构示意图。

图中主要元件附图标记说明包括：

11、激光器；12、光阑；21、分束器；22、第一反射镜；23、第二反射镜；24、空间频率滤波器；25、第三反射镜；3、样品台；31、样品托；311、负压孔；32、第一平移机构；33、第二平移机构；34、旋转机构；35、底座；4、基底；41、光栅区域；42、光敏聚合物；43、玻璃基板；5、掩膜板；51、窗口区；6、遮光层；61、透光区域；7、光栅；71、光栅条纹；8、目标区域；9、曝光区域；A、第一方向；B、第二方向。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。

在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

本公开实施方式中提供一种光栅结构的制备方法，光栅结构可以包括基底上的多个相互隔离的光栅区域。如图1、图7和图8所示，光栅结构的制备方法包括：

S110，提供一激光束和基底4，其中基底4包括多个光栅区域41；

S120，将激光束分为至少两束相干光束，并控制各相干光束在目标区域8干涉；

S130，控制基底4的各个光栅区域41按照预设路径依次处于目标区域8并曝光形成光栅。

本公开提供的光栅结构的制备方法，通过激光干涉的方法使得基底4的光栅区域41曝光形成光栅，方法简单且易于实现，能有效降低光栅结构制备成本和周期。通过控制基底4的移动，进而控制光栅区域41移动至目标区域进行曝光，避免了通过改变相干光束的光路实现对曝光区域9的定位，对曝光区域9的定位更为准确、迅速，减小了光栅结构制备的时间。

下面结合附图对本公开实施方式提供的光栅结构的制备方法的各部件进行详细说明：

在步骤S110中，基底4可以为单层结构或者多层结构，各层结构的材料可以根据需要制备的光栅结构的类型进行选择。

举例而言，在一实施方式中，如图7所示，基底4可以为一光敏玻璃。如此，该基底4的光栅区域41处于目标区域时，相干光束在光栅区域41形成干涉阵列或者干涉条纹实现对该光栅区域41的曝光，光敏玻璃的内部折射率发生变化，进而形成布拉格光栅。

可以理解的是，该实施方式仅提供了一种形成布拉格光栅的基底4，技术人员还可以选择其他基底4。例如，可以选择涂覆有光敏聚合物42或全息材料的玻璃基板43作为基底4，光敏聚合物42或全息材料在曝光后形成布拉格光栅。

在另一实施方式中，如图2所示，基底4可以为一涂覆有光敏聚合物42的玻璃基板43。如此，该基底4的光栅区域41处于目标区域8时，相干光束在光栅区域41形成干涉阵列或者干涉条纹实现对该光栅区域41的曝光。若光敏聚合物42为光刻胶，则光刻胶层在曝光后可以通过显影而形成普通光栅。

可以理解的是，用于形成普通光栅的基底4材料有很多，上述涂覆有光敏聚合物42的玻璃基板43仅仅作为一种基底4的示例。凡能够在曝光下改变表面平整度或曝光后经过处理进而改变表面平整度的材料，均可以用于基底4，本公开对此不一一列举。

可以理解的是，如图7所示，光栅区域41指的是在基底4上的用于形成光栅7的特定区域，其不意味着基底4上的光栅区域41中必然已经存在光栅7。所提供的基底4上，光栅区域41中可以不存在光栅7；光栅区域41中的光栅7可以是利用本公开提供的光栅结构的制备方法形成的，如此，所制备的光栅结构的基底4在光栅区域41具有光栅7。

在步骤S110中，如图16和图17所示，激光束可以是由一激光装置所产生的。该激光装置可以包括一激光器1。

公式(1)为光栅周期的计算公式，其中，其中Λ为光栅周期，λ是激光波长，θ为入射光角度，n为入射光介质的折射率(空气为1)。根据公式(1)可知，可以通过改变激光波长来改变光栅7的周期Λ。

Λ＝λ/(2*n*sinθ) (1)

因此，在一实施方式中，为了适应不同光栅7加工的需求，制备具有不同光栅周期的光栅7，提高激光器1的适用范围，该激光器1可以为一波长可调谐激光器1，激光器1的波长可调谐范围越大，则其对光栅7的光栅周期调整范围越大。

在另一实施方式中，激光器1可以为一功率可以调节的激光器1。如此，可以通过调节激光器1的功率调整相干光束的光强，进而调整光栅区域41的曝光量，实现对所形成的光栅7的占空比的调整。激光器1的功率可调节范围越大，则光栅7的占空比的调整范围越大。当然的，在相同曝光量的条件下，激光器1的功率调整可以相应的调整曝光时间，进而调整光栅结构的制备周期。

激光装置还可以包括挡光板，当不需要在基底4进行曝光时，挡光板可以阻挡激光束；当需要进行曝光时，挡光板则从激光束的光路上移除，使得光路畅通，进而在目标区域形成干涉。挡光板通过控制激光束光路的断开和畅通，进而可以控制基底4的光栅区域41在目标区域的曝光时间，进而可以控制光栅区域41的曝光量，控制所形成的光栅7的占空比。

可以理解的是，挡光板不仅可以用于控制曝光时间，还可以具有其他功能和用途。举例而言，在需要避免激光束照射到基底4上时，该挡光板可以断开激光束的光路，避免相干光束的产生和照射到基底4上。

激光装置还可以包括光阑12，光阑12设置于激光器1与光路系统之间，用于实现对激光束的调制。如此，光阑12可以实现对激光束的形状约束，形成具有目标形状的光束。举例而言，在一实施方式中，该光阑12可以为一小孔光阑12，用于将激光束进一步约束成为一圆形直线光源。如此，所形成的光栅7为呈线性分布的点状光栅7。在另一实施方法中，该光阑12可以为一狭缝光阑12，用于将激光束扩束后通过狭缝约束成为线性激光束。如此，在基底4上形成光栅7条纹呈线性分布的条形光栅7(如图2所示)。通过改变线性激光束的宽度，可以调节所形成的条形光栅7的宽度。当然的，在其他实施方式中，该光阑12还可以为其他结构，进而将激光束约束为其他形状。

激光装置还可以包括扩束器，用于将激光器1发出的激光束扩束。如此，可以制备出具有阵列分布的微纳结构的光栅7。举例而言，当通过扩束器将激光束扩束为光斑时，所形成的光栅7的微纳结构为一圆锥体结构或者圆柱形结构。当通过在不同的光栅区域41形成不同微纳结构的光栅7时，该光栅结构在整体上成为一全息光栅7。

在步骤S120中，可以通过一光路系统将激光束分为至少两束相干光束，并控制各相干光束在目标区域干涉。如此，当将基底4的光栅区域41设置于目标区域后，目标区域将曝光形成光栅7。

在一实施方式中，如图16所示，该光路系统可以包括一分束器21，激光束照射向分束器21后可以被分为第一相干光束和第二相干光束。第一相干光束和第二相干光束的功率可以相同或相近。分光束可以为金属膜构成的分束器21、介质膜构成的分束器21或者其他分束器21，本公开对此不做特殊的限定。

如图16所示，该光路系统还可以包括第一反射镜22和第二反射镜23，第一反射镜22用于将第一相干光束反射向目标区域；第二反射镜23用于将第二相干光束反射向目标区域。如此，第一相干光束和第二相干光束可以在目标区域内相互干涉，进而对位于目标区域内的光栅区域41进行曝光。

该光路系统还可以包括第一控制机构和第二控制机构，第一控制机构用于控制第一反射镜22的位置和其与第一相干光束的夹角，进而控制第一相干光束在目标区域的入射角；第二控制机构用于控制第二反射镜23的位置和其与第二相干光束的夹角，进而控制第二相干光束在目标区域的入射角。

根据公式(1)可以知晓，当改变相干光的入射角时，可以调整所形成的光栅7的光栅周期。因此可以通过第一控制机构和第二控制机构分别改变第一反射镜22和第二反射镜23的角度和位置，使得反射的第一相干光束和第二相干光束依旧可以照射到目标区域且入射角度发生改变，进而在目标区域保持干涉的同时改变光栅7的光栅周期。

第一反射镜22和第二反射镜23可以采用对入射光的吸收率和透过率都特别低的光学反射镜，特别是可以选择对可调谐激光器1的波长反射率高的平面光学反射镜。第一相干光束和第二相干光束射向目标区域的入射角也可以相同。

在另一实施方式中，如图17所示，光路系统可以包括一空间频率滤波器24和第三反射镜25，激光束经过空间频率滤波器24后扩束，扩束后的激光束的一部分直接照射到目标区域，另一部分经过第三反射镜25反射后照射到目标区域，进而在目标区域形成干涉。该光路系统适用于加工透射式光栅。

在步骤S130中，控制基底4的各个光栅区域41按照预设路径依次处于目标区域并曝光形成光栅7。预设路径可以根据各个光栅区域41的位置关系进行设定，也可以根据各个光栅区域41中待形成的光栅7的参数进行设定，或者采用其他方式进行设定。

举例而言，在一实施方式中，可以根据各个光栅区域41的位置关系，按照依次相邻的原则设置预设路径。如此，该预设路径可以设置为一圆形路径、直线路径、曲线路径或者其他路径。在另一实施方式中，可以将各个光栅区域41按照待形成的光栅7的参数进行分类，并使得完成具有同一种光栅7的所有光栅区域41的曝光后，在进行具有另一种光栅7的所有光栅区域41的曝光。

基底4可以通过一样品台3实现固定和移动。样品台3用于控制和移动基底4，其形式和结构可以是多样的，例如可以是精密位移台等。技术人员可以根据基底4上光栅区域41的分布情况和预设路径的情形选择合适的样品台3。

在一实施方式中，如图18和图19所示，样品台3可以包括样品托31、第一平移机构32、第二平移机构33和旋转机构34，样品托31用于固定基底4；第一平移机构32用于控制样品托31沿第一方向A平移；第二平移机构33用于控制第一平移机构32沿第二方向B平移；旋转机构34用于控制第二平移机构33在旋转平面内进行旋转运动，旋转平面平行于第一方向A和第二方向B。如此，可以控制样品托31在平行于第一方向A和第二方向B的平面内进行任意方向的平移和任意角度的旋转，进而精准基底4的位置和角度，保证光栅区域41可以按照预设路径曝光于目标区域。

在一实施方式中，如图18所示，第一方向A和第二方向B相互垂直，以方便实现对样品托31的精确控制。

在一实施方式中，如图19所示，基底4可以平铺并固定于样品托31上，如此，基底4所在平面平行于第一方向A和第二方向B。目标区域可以位于基底4所在的平面，如此，第一相干光束和第二相干光束可以在基底4的同一侧射向基底4，位于目标区域的光栅区域41曝光后可以形成透射型光栅。样品托31上可以设置负压孔311并连接负压装置，当基底4平铺于样品托31上时，负压孔311内可以形成负压进而将基底4吸附于样品托31上。当然的，样品托31还可以通过其他方式实现对基底4的固定，如可以采用粘附、按压、卡合等方式。

在另一实施方式中，基底4可以垂直设置于样品托31，即基底4所在平面垂直于旋转平面。目标区域可以位于基底4所在平面，且第一相干光束和第二相干光束可以在基底4的两侧射向目标区域，如此，位于目标区域的光栅区域41曝光后可以形成反射式光栅。样品托31上可以设置有夹持装置等，实现对基底4的夹持和固定。

如图19所示，样品台3还可以包括底座35，底座35可以用于固定旋转机构34，且底座35上可以设置有刻度，用于确定旋转机构34的旋转角度。

样品台3还可以包括第三平移机构，第三平移机构可以控制旋转机构34沿第三方向平移，且第三方向垂直于第一方向A和第二方向B。如此，该样品台3可以具有第一方向A、第二方向B和第三方向等三个不同位移维度和一个旋转维度的位移台，实现对基底4的移位和姿态调整。

样品托31可以采用普通易精密加工的材质，尺寸根据实际需求设定，本公开对样品托31的材质和尺寸不做特殊限定。第一平移机构32、第二平移机构33和第三平移机构可以多种可行的平移机构，例如可以采用伺服电机控制的丝杠机构。旋转机构34也可以采用伺服电机或者其他可行机构。本公开对第一平移机构32、旋转机构34、第二平移机构33和第三平移机构的种类和型号不做特殊的限定。第一平移机构32、第二平移机构33和第三平移机构的平移精度可以根据需要制备的光栅区域41的精度要求进行确定。在一实施方式中，第一平移机构32、第二平移机构33和第三平移机构的平移精度可以达到微米量级。

如图7～11所示，光栅结构的制备方法还可以包括步骤S210，在基底4表面形成遮光层6，遮光层6包括多个透光区域61，透光区域61与光栅区域41一一对应，且任一透光区域61和对应设置的光栅区域41的边缘齐平。如此，遮光层6可以暴露光栅区域41，并覆盖光栅区域41以外的基底4上的其他区域。在一实施方式中，透光区域61可以为空腔。

遮光层6可以避免非光栅区域41的曝光，或者遮挡曝光的非光栅区域41，进而使得光栅7仅仅存在于光栅区域41，达成精准限定光栅区域41的目的。不仅如此，遮光层6的设置使得目标区域8的范围可以大于光栅区域41，样品台3仅需将光栅区域41移动至目标区域8范围内即可，不必严格对齐，降低了对样品台3控制精度的要求，可以降低设备成本。不仅如此，由于目标区域8可以大于光栅区域41，因此不必严格调制激光束的尺寸，降低了对激光装置的控制精度要求，可以降低激光装置的成本和控制难度。

在一实施方式中，如图7、图10和图11所示，遮光层6可以在基底4进行曝光之前进行制备。当步骤S110提供基底4之后(如图7所示)，可以先在基底4上形成遮光层6并暴露出光栅区域41(如图10所示)，然后再执行步骤S130(如图11所示)。

举例而言，可以提供一涂覆了光敏聚合物42的玻璃作为基底4，或者提供一光敏玻璃作为基底4(如图7所示)；然后，在基底4上形成遮光层6，通过光刻工艺(photo)在遮光层6上形成空腔，空腔暴露出光栅区域41(如图10所示)。然后，控制基底4，使得光栅区域41依次处于目标区域8，且光栅区域41在目标区域8时曝光形成光栅7(如图11所示)。如此，基底4的曝光区域9与光栅区域41相同。当不同的光栅区域41在目标区域8时，可以改变激光束的波长和相干光束的入射角，进而使得不同的光栅区域41的光栅具有不同的光栅周期。

在另一实施方式中，遮光层6可以在步骤S130之后执行，即当在各光栅区域41及其周围形成光栅7后，在基底4上制备遮光层6并暴露出光栅区域41。

举例而言，图6为一用于色散的光栅结构，其可以通过四个Micro-LED实现白光色散。该光栅结构包括四个光栅部分，每个光栅部分均包括10个线性排列的光栅区域41，光栅区域41的周期为300μm。在制备时，可以获取一光敏玻璃作为基底4(如图7所示)。然后，通过调制激光束形状成线状，光路系统将线状的激光束分成两束线状的相干光束，两个相干光束在目标区域8干涉。如图8所示，控制基底4，使得一光栅区域41位于目标区域8内，基底4的曝光区域9内形成光栅7，且光栅区域41位于该曝光区域9内。通过样品台3移动基底4，使得下一光栅区域41位于目标区域8并曝光；如此直至所有的光栅区域41均曝光形成光栅7。当不同的光栅区域41在目标区域8时，可以改变激光束的波长和相干光束的入射角，进而使得不同的光栅区域41的光栅具有不同的光栅周期。如图9所示，当所有的光栅区域41均曝光形成光栅7后，可以在基底4上形成遮光层6，遮光层6覆盖基底4且暴露出光栅区域41。当然的，还可以在一基片上涂覆一层厚度大于70μm的全息材料作为基底4。

遮光层6可以通过构图工艺获得，或者通过掩膜工艺获得，或者采用其他方案。举例而言，在一实施方式中，可以先在基底4上形成一层遮光材料，然后在遮光材料上形成一光刻胶层。然后通过掩膜工艺对光刻胶层进行曝光，然后进行显影，将掩膜板的图案转移到光刻胶层上。显影后，光刻胶层对应于光栅区域41的位置被去除且可以暴露遮光材料，然后通过刻蚀去除暴露的遮光材料，暴露出光栅区域41。最后，去除光刻胶层，得到覆盖了遮光层6的基底4。

若各个光栅区域41的边缘相同，则步骤S130可以包括步骤：

步骤S131，如图3和图4所示，提供一能够覆盖基底4的掩膜板5，掩膜板5包括一个透光的窗口区51，窗口区51的边缘能与光栅区域41的边缘齐平；

步骤S132，如图5所示，控制掩膜板5与基底4相对运动，以便窗口区51按照预设顺序依次暴露各个光栅区域41；任一光栅区域41暴露时，控制掩膜板5与基底4同步移动，使得暴露的光栅区域41移动至目标区域8并曝光形成光栅7。

在步骤S131中，掩膜板5的窗口区51可以为一空腔，也可以由透光材料构成。窗口区51的形状与光栅区域41的形状相匹配，因此当窗口区51与一光栅区域41对准时，基底4的曝光区域9被严格限制在了暴露的光栅区域41。因此，样品台3每次仅需要将暴露的光栅区域41移动至目标区域8进行曝光即可，目标区域8的尺寸可以大于光栅区域41的尺寸，这降低了样品台3和激光装置的控制精度和控制难度，可以降低了光栅结构的制备成本。

步骤S132包括了多个重复执行的单元操作，每个单元操作包括两部分，即：

步骤S1321，控制掩膜板5与基底4相对运动，使得窗口区51与一光栅区域41对准，暴露出该光栅区域41；

步骤S1322，控制掩膜板5与基底4同步移动，使得暴露的光栅区域41移动至目标区域8并曝光形成光栅7。

在步骤S132中，可以通过重复执行如上操作单元，直至在所有的光栅区域41形成光栅7。

光栅结构的制备方法还可以包括：步骤S310，在上一光栅区域41形成光栅7后，且下一光栅区域41形成光栅7之前，调整激光束的波长。如此，上一光栅区域41与下一光栅区域41所具有的光栅7的周期可以发生变化，进而使得光栅结构整体上成为全息光栅。

光栅结构的制备方法还可以包括：步骤S410，在上一光栅区域41形成光栅7后，且下一光栅区域41形成光栅7之前，调整相干光束在目标区域8的入射角。如此，上一光栅区域41与下一光栅区域41所具有的光栅的周期可以发生变化，进而使得光栅结构整体上成为全息光栅。

光栅结构的制备方法还可以包括：步骤S510，在上一光栅区域41形成光栅7后，且下一光栅区域41形成光栅7之前，旋转基底4，以调整下一光栅区域41中形成的光栅的周期的方向。如此，上一光栅区域41与下一光栅区域41所具有的光栅的周期方向可以发生变化，进而使得光栅结构整体上成为全息光栅。

光栅结构的制备方法还可以包括：步骤S610，一光栅区域41处于目标区域8时，将光栅区域41曝光后旋转至少一次，且每次旋转后均将光栅区域41曝光。如此，该光栅区域41将以不同的空间角度进行至少两次曝光，进而形成多维光栅。

举例而言，可以通过扩束器使得激光束成为光斑，且尽可能使得激光束在光斑范围内均匀分布。基底4可以选择涂覆有光刻胶的基板，在光栅区域41曝光第一次后，将该光栅区域41在所在平面内旋转预设角度，然后再进行第二次曝光，形成具有微纳结构的二维光栅。二维光栅的微纳结构与所旋转的预设角度有关。

在一实施方式中，预设角度可以为n*90°(n＝1,3,5…)，则光栅区域41可以形成二维圆柱状(如图13所示)或者圆孔状(如图12所示)的微纳结构。当采用的光刻胶为光刻负胶时，所得到的微纳结构为圆柱状；当采用的光刻胶为光刻正胶时，所得到的微纳结构为圆孔状。在进行曝光时，曝光量、曝光时间等可以根据光刻胶的种类不同而进行调整，本公开对此不做特殊的限定。可以理解的是，当采用光刻胶作为基底4形成光栅7时，在曝光完成后，还需要通过显影才能形成光栅7结构。显影时间及前烘干、后烘干的时间可以根据光刻胶的具体种类进行调整，本公开对此不做特殊的限定。

在另一实施方式中，光栅区域41按照预设角度旋转后与旋转前的夹角介于0～90°之间时，所形成的微纳结构为椭圆柱形或椭圆孔形。举例而言，当预设角度为60°时，可以获得如图14和图15所示的微纳结构。

光栅区域41旋转的次数和所形成的光栅结构的维度数，以满足光栅结构的设计需求为准，本公开对此不做特殊的限定。

为了制备普通的二维光栅结构，基底4上的光刻胶可以为普通的光刻胶，如NEB22等。如果需要制备二维布拉格光栅，则基底4上的光刻胶可以选择全息光敏光刻胶或则直接采用全息干板作为基底4。基底4的选择以能够形成相应的光栅为准，本公开对此不做特殊的限定。

要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等，均应视为本公开的一部分。

本公开还提供了一种光栅结构的制备系统，光栅结构包括基底4上的多个相互隔离的光栅区域41；如图16和图17所示，光栅结构的制备系统包括激光装置、光路系统和样品台3，其中，激光装置用于提供激光束；光路系统用于将激光束分为至少两束相干光束，并控制各相干光束在目标区域8干涉；样品台3用于固定和移动基底4，使得基底4的各个光栅区域41按照预设路径依次处于目标区域8并曝光形成光栅7。

本公开提供的光栅结构的制备系统，其通过激光装置和光路系统提供相干光束，相干光束在光栅区域41干涉使得光栅区域41曝光并形成光栅7，该光栅形成方法简单、快速。不仅如此，样品台3通过控制基底4的移动，进而控制光栅区域41移动至目标区域8进行曝光，避免了通过改变相干光束的光路实现对曝光区域9的定位，对曝光区域9的定位更为准确、迅速，减小了光栅制备的时间。

在一实施方式中，如图16所示，光路系统可以包括分束器21、第一反射镜22、第二反射镜23、第一控制机构和第二控制机构，其中，

分束器21用于将激光束分为第一相干光束和第二相干光束。第一反射镜22用于将第一相干光束反射向目标区域8。第二反射镜23用于将第二相干光束反射向目标区域8。第一控制机构用于控制第一反射镜22的位置和与第一相干光束的夹角，进而控制第一相干光束在目标区域8的入射角。第二控制机构用于控制第二反射镜23的位置和与第二相干光束的夹角，进而控制第二相干光束在目标区域8的入射角。

光路系统的工作原理和方法在上述光栅结构的制备方法实施方式中进行了详细描述，在此不再赘述。

在一实施方式中，如图18和图19所示，样品台3包括样品托31、第一平移机构32、第二平移机构33和旋转机构34，其中，样品托31用于固定基底4。第一平移机构32用于控制样品托31沿第一方向A平移。第二平移机构33用于控制第一平移机构32沿第二方向B平移。旋转机构34用于控制第二平移机构33在旋转平面内进行旋转运动，旋转平面平行于第一方向A和第二方向B。

样品台3的工作原理和方法在上述光栅结构的制备方法实施方式中进行了详细描述，在此不再赘述。

应可理解的是，本公开不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本公开能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本公开的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本公开延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本公开的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本公开的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本公开。

Claims (10)

1.一种光栅结构的制备系统，所述光栅结构包括基底上的多个相互隔离的光栅区域；其特征在于，所述光栅结构的制备系统包括：

激光装置，用于提供激光束；

光路系统，用于将所述激光束分为至少两束相干光束，并控制各所述相干光束在目标区域干涉；

样品台，用于固定和移动所述基底，使得所述基底的各个所述光栅区域按照预设路径依次处于所述目标区域并曝光形成光栅。

2.根据权利要求1所述的光栅结构的制备系统，其特征在于，所述光路系统包括：

分束器，用于将所述激光束分为第一相干光束和第二相干光束；

第一反射镜，用于将所述第一相干光束反射向所述目标区域；

第二反射镜，用于将所述第二相干光束反射向所述目标区域；

第一控制机构，用于控制所述第一反射镜的位置和与所述第一相关光束的夹角，进而控制所述第一相干光束在所述目标区域的入射角；

第二控制机构，用于控制所述第二反射镜的位置和与所述第二相关光束的夹角，进而控制所述第二相干光束在所述目标区域的入射角。

3.根据权利要求1所述的光栅结构的制备系统，其特征在于，所述样品台包括：

样品托，用于固定所述基底；

第一平移机构，用于控制所述样品托沿第一方向平移；

第二平移机构，用于控制所述第一平移机构沿第二方向平移；

旋转机构，用于控制所述第二平移机构在旋转平面内进行旋转运动，所述旋转平面平行于所述第一方向和所述第二方向。

4.一种光栅结构的制备方法，所述光栅结构包括基底上的多个相互隔离的光栅区域；其特征在于，所述光栅结构的制备方法包括：

提供一激光束和所述基底，所述基底包括多个所述光栅区域；

将所述激光束分为至少两束相干光束，并控制各相干光束在目标区域干涉；

控制基底的各个光栅区域按照预设路径依次处于目标区域并曝光形成光栅。

5.根据权利要求4所述的光栅结构的制备方法，其特征在于，所述光栅结构的制备方法还包括：

在所述基底表面形成遮光层，所述遮光层包括多个透光区域，所述透光区域与所述光栅区域一一对应，且任一所述透光区域和对应设置的所述光栅区域的边缘齐平。

6.根据权利要求4所述的光栅结构的制备方法，其特征在于，各个光栅区域的边缘相同；

控制基底的各个光栅区域按照预设路径依次处于目标区域并曝光形成光栅包括：

提供一能够覆盖所述基底的掩膜板，所述掩膜板包括一个透光的窗口区，所述窗口区的边缘与所述光栅区域的边缘齐平；

控制所述掩膜板与所述基底相对运动，以便所述窗口区按照预设顺序依次暴露各个所述光栅区域；

任一所述光栅区域暴露时，控制所述掩膜板与所述基底同步移动，使得暴露的所述光栅区域移动至所述目标区域并曝光形成光栅。

7.根据权利要求4所述的光栅结构的制备方法，其特征在于，所述光栅结构的制备方法还包括：

在上一所述光栅区域形成光栅后，且下一所述光栅区域形成光栅之前，调整所述激光束的波长。

8.根据权利要求4所述的光栅结构的制备方法，其特征在于，所述光栅结构的制备方法还包括：

在上一所述光栅区域形成光栅后，且下一所述光栅区域形成光栅之前，调整所述相干光束在所述目标区域的入射角。

9.根据权利要求4所述的光栅结构的制备方法，其特征在于，所述光栅结构的制备方法还包括：

在上一所述光栅区域形成光栅后，且下一所述光栅区域形成光栅之前，旋转所述基底，以调整下一所述光栅区域中形成的光栅的周期的方向。

10.根据权利要求4所述的光栅结构的制备方法，其特征在于，所述光栅结构的制备方法还包括：

一所述光栅区域处于所述目标区域时，将所述光栅区域曝光后旋转至少一次，且每次旋转后均将所述光栅区域曝光。