[发明专利]一种自由空间传输的近场光学诱导表面微结构平滑方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学领域，特别是涉及一种自由空间传输的近场光学诱导表面微结构平滑方法。

背景技术

现代科学技术的发展, 在许多领域中提出了加工超光滑表面的要求，这种表面不仅要具备较高的面形精度和较低的表面粗糙度，同时要具有完整的表面晶格排布，消除加工损伤层。近年来出现了不少超光滑表面加工技术，但这些方法在去除表面微凸起、凹坑和纳米级精细划痕等微缺陷方面都有其不足之处，要么是加工效率不高，要么是其表面粗糙度控制的不够低，难以进一步降低表面粗糙度获得无缺陷的超光滑表面。于是，本发明的目的是针对上述问题，设计了一种自由空间传输的近场光学诱导表面微结构平滑方法，实现无表面损伤的精密光学表面制作方法。

发明内容

本发明为了保持光化学反应的优势，减少不必要的机械摩擦，同时为了解决上述问题的不足，从平滑表面微结构、降低表面粗糙度入手，提供了一种自由空间传输的近场光学诱导表面微结构平滑方法。该方法可有效的平滑表面微结构，降低表面粗糙度，具有针对性强、简单易行的特点。

本发明提出的自由空间传输的近场光学诱导表面微结构平滑方法，所述方法通过近场光学诱导表面微结构装置实现，所述装置包括激光器1、快门2、凸透镜3、XYZ平台4、半导体激光器7、探测器8、探测器位置控制单元9、计算机10、XYZ 平台控制器11和反应室12， XYZ平台4上设有反应室12，反应室12一侧下部设有减压器和电磁阀，用于充入氯气，上部设有扩散泵和冷却阱，用于排出气体，激光器1的出光口通过快门2对准凸透镜3的进光口，凸透镜3的出光口对准反应室12的进光口，半导体激光器7连接探测器8，探测器8连接探测器位置控制单元9的输入端，探测器位置控制单元9的输出端连接计算机10输入端，用以检测基板是否平整，计算机10输出端连接XYZ平台控制器11，XYZ平台4通过XYZ平台控制器11进行控制；具体步骤如下：

(1)对反应室抽真空，真空度为10^-3pa，随后充入10pa-200pa的氯气；

(2)选用离子源对基板表面清洗5分钟，控制氧离子流量为30～50sccm，氩离子流量为5～30sccm，电压为200V～600V，电流为300mA～1000mA。

(3)将清洗后的基板放入反应室12。

(4)选用氩离子激光器1作为光源，其波长为300-700nm,功率密度为0.25-0.35                                                ，打开快门2后，入射光于自由空间经过凸透镜3耦合至反应室12。

(5)步骤（4）中的入射光垂直入射于基板，此时纳米尺度的微结构产生光学近场，导致分子与基板原子进行选择性光化学反应。一旦表面微结构消失、光学近场消失、反应也将停止。

(6)半导体激光器7的光线经基板反射到探测器8，通过探测器位置控制单元9后连接到计算机10，以便观察基板是否平整。

(7)待反应结束、反应室12冷却至室温后取出刻蚀好的基板。

本发明中，所述基板可以是光学玻璃，或可以是单晶硅等光学晶体。

本发明利用基板微结构表面产生光学近场，导致分子与微结构表面原子发生光化学反应。其原理是：基板表面分子受热激发产生电子空穴对，一方面，光电子转移到氯的自由基（氯原子）而产生氯离子，氯离子扩散到Si的晶格中与之发生反应，而且光产生于Si表面的电场可以使Cl^-扩散加强加快反应。另一方面，对于近场而言，场强是不确定的有一定的空间梯度，分子轨道的改变和分子的极化导致了分子的振动进而产生声子，此时光子、电子、声子构成虚拟的EPP(exciton-phonon-polariton)粒子具有很强的能量用以光化学反应的进行。而一旦纳米级表面微结构消失不足以引起分子晶格的振动、光学近场消失、反应也将停止。综上所述，自由空间传输的近场光学诱导表面微结构平滑方法最终可有效地降低光学器件表面粗糙度。

本发明的技术效果如下：

1.  可以有效的降低表面粗糙度，不需要机械接触，获得无缺陷的超光滑表面。

2.  可以有效提高加工效率。不需要其他机械辅助设备，光化反应使刻蚀速率加快。

3.  本发明方法简单易行、针对性强、品质高，在整个刻蚀过程中反应自动停止不需要人为的控制。

附图说明

图1为一种自由空间传输的近场光学诱导表面微结构平滑方法设备的结构示意图。

图2为一种自由空间传输的近场光学诱导表面微结构平滑方法的工艺流程图。