CN112782795B - 一种制备周期减半的亚微米光栅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备周期减半的亚微米光栅的方法，涉及光学、微细加工、先进制造等领域，它解决了现有的光栅复制技术只能进行1:1光栅复制的问题，本发明利用一块亚微米母光栅制备出了周期减半的亚微米子光栅。本发明的方法为：首先制备出亚微米母光栅的PDMS软模板，同时在干净的基片上制备出所要使用的材料薄膜；然后将亚微米母光栅的PDMS软模板与准备好的材料薄膜紧密贴合，再将两者整体置于加热板上加热5分钟，加热温度要高于所用薄膜材料的玻璃化转变温度；最后将两者从加热板上取下并冷却至室温，分离基片和PDMS软模板，便在基片上制备出了周期减半的亚微米子光栅。本发明适用于亚微米光栅的制备领域。
Description
技术领域
本发明涉及光学、微细加工、先进制造等领域，具体涉及一种制备周期减半的亚微米光栅的方法。
背景技术
光栅是能对入射光波的振幅或相位进行空间调制的光学元件，也称衍射光栅。光栅作为一种分光器件，经过几百年的发展，已经广泛应用于集成光路、光通信、光计算、光学信息处理、激光器等各个方面。
现有的光栅制作技术主要有机械刻划技术、激光干涉技术及光栅复制技术。机械刻划技术是指在基片上破坏性的刻划出一系列平行的划痕，属于振幅型光栅，其衍射效率高，但是生产效率低，设备要求高，成本较高；激光干涉技术是指用两束激光以一定角度进行干涉，用全息底片感光，冲洗后得到正弦分布的光栅的方法，所获得的光栅光谱范围广，分辨率较高，但其加工工艺要求极高，成本也较高；光栅复制技术是指用母版光栅制成同样结构光栅复制品的方法，用来代替昂贵的原刻光栅，常用的光栅复制技术包括纳米压印技术和软光刻技术。与前两种光栅制备技术相比，光栅复制技术的出现显著地降低了光栅的制作成本，解决了光栅的批量制作及大规模应用的问题。
然而现有的光栅复制技术只能实现母光栅结构1:1的完全复制，无法制备出具有更小周期尺寸的子光栅结构。无论是国内还是国外，尚未见到利用母光栅制备周期减半的子光栅的相关报道。
发明内容
本发明能够解决传统制备光栅的方法成本高和技术要求高的问题，更重要的是本发明打破了传统的光栅复制技术只能进行1:1复制的规律，制备出了周期尺寸减半的子光栅。本发明提供了一种制备周期减半的亚微米光栅的方法。
本发明的技术方案是：
1.一种制备周期减半的亚微米光栅的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：亚微米母光栅的PDMS软模板的制备，步骤如下：
S11：将PDMS本体材料和固化剂按照体积比10:1的比例在烧杯中混合并且搅拌均匀，令该混合液在空气中静置1个小时以充分去除气泡；
S12：将S11中没有气泡的混合液倾倒在所要复制的亚微米母光栅上，并使混合液完全覆盖亚微米母光栅，静置1个小时，再将其整体置于60℃热板上加热1个小时使混合液固化；自然冷却至室温后将固化好的PDMS材料从亚微米母光栅上揭下，此时便获得了亚微米母光栅的PDMS软模板；
S2：基片上的薄膜材料制备，步骤如下：将所用基片清洗干净并在其上旋转涂覆液体薄膜材料，静置10分钟后将其整体置于加热板上加热使薄膜材料固化，薄膜材料的厚度控制在50nm到100nm；
S3：周期减半的亚微米子光栅的制备，步骤如下：
S31：将S1中制得的亚微米母光栅的PDMS软模板上有亚微米结构的一面使用紫外臭氧清洗机清洗1分钟，然后将其粘附到S2中基片上的薄膜材料表面，并使两者紧密贴合在一起；
S32：将两者整体置于加热板上加热，加热温度要高于所用薄膜材料的玻璃化转变温度，以保证薄膜材料在熔融状态下能够迁移流动；加热5分钟后将两者整体从热板上取下并冷却至室温，然后将亚微米母光栅的PDMS软模板与基片分离，便在基片上制备出周期减半的亚微米子光栅。
所述步骤S1中所用的亚微米母光栅是正弦形光栅或矩形光栅；亚微米母光栅周期为200nm到1μm，光栅上亚微米结构的深度不小于S2中所述的薄膜材料厚度。
所述步骤S2中的基片是石英片、玻璃片、或硅片。
所述步骤S2中的薄膜材料是光刻胶材料、PS材料、PMMA材料、或PC材料。
本发明具有如下有益效果：本发明的技术方案无需昂贵的设备支持，只要获得一块母光栅即可实施。亚微米光栅PDMS软模板制作工艺简单且材料成本低廉，并可以重复使用，所用薄膜材料亦容易获得，因此整个制作成本极低且操作简单可行。众所周知，光栅的价格在很大程度上取决于每毫米内所具有的线条数量，本发明能够实现子光栅每毫米内线条数量相对于母光栅加倍，因此具有较大的应用前景和极高的经济价值。
附图说明
图1周期减半的亚微米光栅制备工艺流程图。
图中：1、亚微米母光栅的PDMS软模板，2、薄膜材料，3、基片。
具体实施方式
具体实施方式：一种制备周期减半的亚微米光栅的方法，由以下步骤完成：
S1：亚微米母光栅的PDMS软模板的制备，步骤如下：
S11：将PDMS本体材料和固化剂按照体积比10:1的比例在烧杯中混合并且搅拌均匀，令该混合液在空气中静置1个小时以充分去除气泡；
S12：将S11中没有气泡的混合液倾倒在所要复制的亚微米母光栅上，并使混合液完全覆盖亚微米母光栅，静置1个小时，再将其整体置于60℃热板上加热1个小时使混合液固化；自然冷却至室温后将固化好的PDMS材料从亚微米母光栅上揭下，此时便获得了亚微米母光栅的PDMS软模板；
S2：基片上的薄膜材料制备，步骤如下：将所用基片清洗干净并在其上旋转涂覆液体薄膜材料，静置10分钟后将其整体置于加热板上加热使薄膜材料固化，薄膜材料的厚度控制在50nm到100nm；
S3：周期减半的亚微米子光栅的制备，步骤如下：
S31：将S1中制得的亚微米母光栅的PDMS软模板上有亚微米结构的一面使用紫外臭氧清洗机清洗1分钟，然后将其粘附到S2中基片上的薄膜材料表面，并使两者紧密贴合在一起；
S32：将两者整体置于加热板上加热，加热温度要高于所用薄膜材料的玻璃化转变温度，以保证薄膜材料在熔融状态下能够迁移流动；加热5分钟后将两者整体从热板上取下并冷却至室温，然后将亚微米母光栅的PDMS软模板与基片分离，便在基片上制备出周期减半的亚微米子光栅。
本实施方式中步骤S1所述的亚微米母光栅是正弦形光栅或矩形光栅；亚微米母光栅周期为200nm到1μm，且光栅上亚微米结构的深度不小于S2中所述的薄膜材料厚度。
本实施方式中步骤S11所述的亚微米母光栅的PDMS软模板固化温度和时间可根据实际情况进行调整。
本实施方式中步骤S2所述的基片是石英片、玻璃片、或硅片。
本实施方式中步骤S2所述的的薄膜材料是光刻胶材料、PS材料、PMMA材料、或PC材料，可以采用但不仅仅局限于上述材料。
本实施方式中步骤S31所述的紫外臭氧清洗时间可根据实际情况调整。
本实施方式中步骤S32中，将两者整体置于热板上加热5分钟，其加热温度和时间可以根据实际情况进行调整。
以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进，例如改变薄膜材料的涂覆及固化方式，改变薄膜材料的厚度，改变光栅母版结构形状及尺寸，改变基片材料等等，这些改进也应视为本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种制备周期减半的亚微米光栅的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：亚微米母光栅的PDMS软模板的制备，步骤如下：
S11：将PDMS本体材料和固化剂按照体积比10:1的比例在烧杯中混合并且搅拌均匀，令该混合液在空气中静置1个小时以充分去除气泡；
S12：将S11中没有气泡的混合液倾倒在所要复制的亚微米母光栅上，并使混合液完全覆盖亚微米母光栅，静置1个小时，再将其整体置于60℃热板上加热1个小时使混合液固化；自然冷却至室温后将固化好的PDMS材料从亚微米母光栅上揭下，此时便获得了亚微米母光栅的PDMS软模板；
S2：基片上的薄膜材料制备，步骤如下：将所用基片清洗干净并在其上旋转涂覆液体薄膜材料，静置10分钟后将其整体置于加热板上加热使薄膜材料固化，薄膜材料的厚度控制在50nm到100nm；
S3：周期减半的亚微米子光栅的制备，步骤如下：
S31：将S1中制得的亚微米母光栅的PDMS软模板上有亚微米结构的一面使用紫外臭氧清洗机清洗1分钟，然后将其粘附到S2中基片上的薄膜材料表面，并使两者紧密贴合在一起；
S32：将两者整体置于加热板上加热，加热温度要高于所用薄膜材料的玻璃化转变温度，以保证薄膜材料在熔融状态下能够迁移流动；加热5分钟后将两者整体从热板上取下并冷却至室温，然后将亚微米母光栅的PDMS软模板与基片分离，便在基片上制备出周期减半的亚微米子光栅。
2.根据权利要求书1所述的一种制备周期减半的亚微米光栅的方法，其特征在于，步骤S1中所用的亚微米母光栅是正弦形光栅或矩形光栅；亚微米母光栅周期为200nm到1μm，光栅上亚微米结构的深度不小于S2中所述的薄膜材料厚度。
3.根据权利要求书1所述的一种制备周期减半的亚微米光栅的方法，其特征在于，步骤S2中的基片是石英片、玻璃片、或硅片。
4.根据权利要求书1所述的一种制备周期减半的亚微米光栅的方法，其特征在于，步骤S2中的薄膜材料是光刻胶材料、PS材料、PMMA材料、或PC材料。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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