[发明专利]一种中红外双层纳米金属光栅及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米金属光栅及其制备方法，尤其涉及一种中红外双层纳米金属光栅及其制备方法，属于红外光学领域。涉及专利分类号G02光学；G02B光学元件、系统或仪器；G02B5/00除透镜外的光学元件；G02B5/18衍射光栅。

背景技术

金属红外光栅在红外光学探测及热成像等领域有着重要的地位。随着红外技术在国防和医疗领域的广泛应用，金属红外光栅由于其良好的偏振特性越来越得到重视，但现有光栅大部分属于可见光领域，其基底材料不透红外或在红外波段具有较大的吸收，使得红外透射性能下降，因此这些光栅并不适用于红外光学领域；而现有红外光栅，大多为单层光栅，其采用如KRS-5(TlBrI)、CaF2、BaF2等红外透射材料当做基底，这些材料不仅价格昂贵，而且很脆，非常容易损伤，使得制作的光栅失去红外偏振特性，同时单层光栅与双层光栅相比，其消光比较低，无法提供良好的红外偏振特性。因此急需一种新型的、便宜的、具有良好红外偏振特性的双层纳米金属光栅，以满足日益增长的社会需求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种中红外双层纳米金属光栅的制备方法及利用该方法制备获得的中红外双层纳米金属光栅。

一种中红外双层纳米金属光栅制备方法，包括如下步骤：

—制作压印模板，采用热压印工艺复制软模板，将镍硬模板上纳米线栅结构转移复制到软模板上，得到与原镍硬模板结构互补的纳米线栅结构；

—提供一作为光栅基底的透红外材料；

—采用滴胶旋涂方式在基底表面旋涂光栅压印胶介质层；

—转移纳米图案，采用紫外曝光纳米压印工艺，将前述软模板压印到压印胶介质层，使纳米线栅结构转移到光栅压印胶介质层上；

—利用垂直热蒸镀工艺在上述光栅压印胶介质层纳米线栅结构凸起和凹槽部位沉积金属，完成中红外双层纳米金属光栅的制备。

作为优选的实施方式，所述光栅基底材料为在部分中红外波长范围内红外透射效率≥70％的高阻硅基底材料。

作为优选的实施方式，所述压印有纳米线栅结构的光栅介质层为在中红外波段红外透射效率≥90％的压印胶。

作为优选的实施方式，所述软模板复制步骤中，采用热纳米压印工艺，压印参数为：压印温度范围155-185℃，压印时间3-5min，压力30-60bar。

更进一步的，所述高阻硅基底在使用前需要经过双面机械化学抛光，并一面改性；

改性采用氧等离子去胶机；

改性过程中工艺参数为：控制去胶机功率范围40-60W，轰击时间范围1-2.5min，氧气流量2sccm。

作为优选的实施方式，所述滴胶旋涂方式步骤中，在高阻硅改性一面旋涂压印胶，低速500rpm旋转5s，高速2000-4000rpm旋转40-60s，旋涂压印胶厚2-2.5μm，后烘温度95℃，烘烤时间为4-8min。

作为优选的实施方式，所述转移纳米图案步骤中采用紫外曝光纳米压印工艺，压印参数为：压印温度65℃，压印时间3-5min，压力30-60bar，紫外曝光90-180s，所得线栅单元凸起、凹槽结构线宽均为100nm，周期200纳米，侧壁高度范围为100-200nm；

作为优选的实施方式，沉积金属步骤中采用热蒸镀工艺，蒸镀参数为：蒸镀电流56-60A，蒸镀时间50s-2.5min，真空度10^-3Pa，所得金属层厚度为30-90nm，金属材料为铝、金和银。

一种中红外双层纳米金属光栅，具有三层结构，最下面的基底结构，中间光栅介质层结构和位于光栅介质层线栅结构凸起与凹槽部位的金属层结构。

更进一步的，所述中红外双层纳米金属光栅可在同一基底上一次制作具有六个不同方向的光栅单元，每个光栅单元为1.3×1.3mm，光栅结构分为上下两排，上排分别为0°，60°、120°单元，下排为90°、150°、210°单元，上下两排对应单元之间方向相差90°。

与现有红外光栅及其制备方法相比，本发明提供的中红外双层纳米金属光栅制备方法简单，无需刻蚀等工艺，降低了光栅制作的复杂性；制备的中红外双层纳米金属光栅具有良好的红外偏振特性，成本低，产量高，适合批量生产，一次制作六个不同方向光栅，满足不同场合的应用需求。

附图说明