[发明专利]一种基于金属纳米光栅的微偏振片阵列的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及衍射光学元件制作技术领域，尤其涉及一种基于金属纳米光栅的微偏振片阵列的制作方法。

背景技术

微偏振片阵列是一种用于测量光线透过不同方向的偏振片后各个偏振方向的光强的器件，使用图像传感器（例如数码相机）采集包含由该微偏振片阵列获得的各偏振分量的图像，并可以进行实时相移分析。微偏振片阵列在干涉光的实时相移、微弱可见光图像增强、红外目标识别等领域有广泛的应用潜力。

在中国发明专利申请CN103048268A中，张青川等人提出了一种基于微偏振片阵列的数字电子剪切散斑干涉仪，包括激光器、位于激光器出射光束光路上的扩束镜和被测物体；还包括位于从被测物体表面反射的光束的光路上且用于得到偏振方向相互垂直的两束相干线偏振光的剪切器、设置从剪切器出射的光束的光路上的微偏振片阵列、与微偏振片阵列相连的感光元件和与感光元件相连的用于对感光元件采集的信号进行传输和处理的处理设备。所述数字电子剪切散斑干涉仪可实现一次曝光即可得到四幅相移图像，同时详细阐述了微偏振片阵列的工作原理，但该专利申请并未涉及微偏振片阵列的制作这一技术难题。

在中国发明专利CN101846760B中，张微等人提出一种使用扫描隧道显微镜（STM）制作纳米光栅的方法，包括在光学玻璃表面上镀一层导电薄膜，构成光栅基体，薄膜厚度范围为30nm～90nm；将光栅基体固定在纳米进给工作台上，用扫描隧道显微测量装置在受控状态下带动探针沿Y轴方向运动，扫描隧道显微测量装置的脉冲电压发生器产生脉冲电压，经执行器施加在探针上，对光栅基体进行刻线加工；当一条栅线的刻线加工完成后，光栅基体向X轴方向移动量为10nm～80nm，重复前述刻线加工过程，在光学玻璃表面上制得纳米光栅。所述方法适合于制作单一方向的光栅，且效率偏低。

2011年Viktor Gruev等人（Optics Express，19，P24361，2011）提出使用激光干涉多次曝光方法制作金属纳米光栅微偏振片阵列，需要多次套刻，工艺复杂，且制作的偏振片阵列形貌差，偏振性能差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于金属纳米光栅的微偏振片阵列的制作方法，所述方法简单易行，通过单次曝光显影即可形成多个不同偏振方向的微偏振片阵列；所述方法制作的微偏振片阵列的偏振性能高。

为实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于金属纳米光栅的微偏振片阵列的制作方法，包括以下步骤：

（1）在基底上镀一层金属薄膜层并干燥处理；

（2）在所述金属薄膜层上旋涂电子束正性光刻胶层并干燥处理；

（3）在所述光刻胶层上通过电子束直写曝光并显影得到光刻胶纳米尺度微偏振片阵列图形；

（4）采用电感耦合等离子体刻蚀，以带有所述图形的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述金属薄膜层，以将所述图形转移到金属薄膜层；

（5）去除所述光刻胶层，得到所述微偏振片阵列。

本发明中，所述步骤（1）中可以通过溅射工艺或电子束蒸发工艺在基底上镀一层金属薄膜层。溅射工艺和电子束蒸发工艺是本领域技术人员熟知的技术。本发明所用的基底需要洁净无污染，一般可以通过清洗去除基底表面的杂质等附着物，清洗基底的工艺方法是本领域技术人员公知的，比如可以使用去离子水和/或乙醇等清洗，在此不作详述。

本发明中，所述金属薄膜层的厚度可以根据消光要求确定，一般在100nm-150nm范围内即可，比如102nm、105nm、108nm、115nm、130nm、140nm、145nm、148nm或149nm。

本发明中，所述步骤（1）中的干燥处理有多种方法均能适用，比如最简单的处理方法是自然干燥，但是为取得更好的干燥效果本发明采用热板或烘箱烘烤。

优选地，所述烘烤温度为120-220℃，例如122℃、125℃、130℃、150℃、180℃、185℃、195℃、208℃、212℃或215℃；所述烘烤时间为2-60分钟，例如3分钟、5分钟、8分钟、10分钟、20分钟、30分钟、40分钟、50分钟、55分钟或59分钟。

本发明中，所述光刻胶层的厚度视微偏振片阵列图形周期（如70nm L/S线条）稳定性和金属薄膜层的厚度而定，一般在150-250nm范围内即可，比如152nm、155nm、158nm、167nm、180nm、204nm、215nm、228nm、237nm、246nm或248nm。