[发明专利]基于微增减材同步复合制造金刚石微光栅的方法及装置

权利要求书

1.一种基于微增减材同步复合制造金刚石微光栅的方法，其特征在于，包括，对金刚石薄膜试样表面进行预处理去除表面杂质；在金刚石薄膜试样表面进行低温热丝CVD金刚石沉积，同时在CVD金刚石薄膜表面进行图形化微加工，得到金刚石微光栅；

所述的在金刚石薄膜试样表面进行低温热丝CVD金刚石沉积，采用的反应气体为氢气、甲烷和硫化氢；所述的低温热丝CVD金刚石沉积，所采用的工艺参数为：氢气流量800～1000ml/min，甲烷流量50～100ml/min，硫化氢流量0.1～0.4ml/min，反应压力10～15Torr，热丝温度2100～2200 ℃，衬底温度100～250 ℃；偏压电流1.0～4.0 A；

所述的图形化微加工为激光刻蚀，是将激光光束依据设定的扫描路径在CVD金刚石薄膜表面进行重复刻蚀，间隔时间为1小时，直至获得设定高深宽比的金刚石微光栅，所述的金刚石微光栅深宽比为50～100，

所述的激光刻蚀与低温热丝CVD金刚石沉积在金刚石薄膜试样表面同步进行。

2.根据权利要求1所述的基于微增减材同步复合制造金刚石微光栅的方法，其特征在于，所述的对金刚石薄膜试样表面进行预处理，是将金刚石薄膜试样浸入由金刚石微粉和甘油按质量比1：1配制的悬浊液中超声研磨5min，其中金刚石微粉的粒径为2~5μm，随后浸入无水乙醇中超声清洗5min，然后烘干。

3.根据权利要求1所述的基于微增减材同步复合制造金刚石微光栅的方法，其特征在于，所述的激光刻蚀采用的工艺参数为：脉冲宽度400fs～6ps，输出功率0.5W~2W，重复频率500kHz ～50MHz，光斑直径10μm。

4.一种用于权利要求1所述的基于微增减材同步复合制造金刚石微光栅方法的装置，其特征在于，包括有用于在金刚石薄膜试样表面进行低温热丝CVD金刚石沉积的低温热丝CVD金刚石沉积系统（1），以及用于在CVD金刚石薄膜表面进行图形化微加工的激光刻蚀系统（2），其中，所述的低温热丝CVD金刚石沉积系统（1）包括：上端形成有光学窗口（1.2）的真空反应腔室(1.1)，所述真空反应腔室(1.1)内设置有用于安放金刚石薄膜试样（1.4）的工作台（1.3），所述真空反应腔室(1.1)外部设置有用于向所述的真空反应腔室(1.1)内输入反应气体的供气系统（1.6），所述工作台（1.3）上设置有用于激发反应气体和加热所述金刚石薄膜试样（1.4）从而使所述金刚石薄膜试样（1.4）表面发生CVD反应的加热丝加系统（1.5）。

5.根据权利要求4所述的用于基于微增减材同步复合制造金刚石微光栅方法的装置，其特征在于，所述的激光刻蚀系统（2）包括：依次设置的激光器（2.1）、扩束镜（2.2）、动态聚焦镜（2.3）、合束镜（2.4）和扫描振镜（2.5），所述扩束镜（2.2）、动态聚焦镜（2.3）、合束镜（2.4）和扫描振镜（2.5）构成光路系统，还设置有分别连接所述的激光器（2.1）、动态聚焦镜（2.3）和扫描振镜（2.5）的控制单元（2.6），控制单元（2.6）用于控制激光器（2.1）输出激光的脉冲宽度、输出功率、重复频率，控制动态聚焦镜（2.3）修正激光光斑聚焦误差，控制扫描振镜（2.5）输出激光的扫描路径，所述扫描振镜（2.5）的输出激光贯穿所述的光学窗口（1.2）聚焦至所述的金刚石薄膜试样（1.4）用于对表面发生CVD反应后的金刚石薄膜试样（1.4）表面进行图形化微加工。