[发明专利]一种大口径柔性光学超构表面结构的加工方法

说明书

本发明公开了一种大口径柔性光学超构表面结构的加工方法，通过光刻系统曝光光刻胶并显影制备设计的大口径超构表面图形；将该光刻胶图形作为掩模将图形转移到基底材料上，并作为模板；把混合有高折射率纳米颗粒的紫外固化胶涂覆在模板上并覆盖一层柔性基底，采用辊轴一边施加机械压力一边利用紫外灯曝光的方式固化紫外固化胶，然后脱模分离即可得到大口径柔性光学超构表面结构。本发明具有工艺流程简单、分辨率高、成本低、制备效率高等特点，适用于大面积柔性超构表面器件的加工领域。

技术领域

本发明属于超构表面器件的加工技术领域，具体涉及一种大口径柔性光学超构表面结构的加工方法。

背景技术

光学超表面是由具有几十到百纳米尺寸的微纳单元构成的人工二维结构。常用的制备超表面的方法中，典型光刻工艺，虽然可以快速复制掩模图案，但由于衍射极限，不能提供足够的图形分辨率。电子束光刻(EBL)和聚焦离子束(FIB)铣削虽然具有高分辨率，但制备效率低了。纳米压印与上述方法相比，提高了超表面的制备效率，同时分辨率没有物理极限。其中，热压印应用较为广泛，但对材料的低热膨胀系数和压力收缩系数提出了较高要求，压印过程中需要较高的压力和加热温度，容易造成模板、胶层图形结构的损坏。紫外纳米压印技术解决了热压印中存在的问题，但紫外固化胶中的气泡难以排出,会对微纳结构造成缺陷。根据紫外压印技术提出的卷对卷纳米压印，实现了微纳结构高通量制备。但卷对卷的压印模板是弯曲固定在辊轴上，这样模板上纳米结构的位置精度将降低，影响压印得到的光学超构表面的光学性能。另一方面，通过压印方法只能将模板图形复制到压印胶上，而压印胶的图形结构一般不直接具备功能，需要将此压印胶图形转移到其他功能材料，会增加工艺步骤和难度。综上来看，现有的超表面制备技术的主要难点在于，满足其性能需求的前提下，降低工艺复杂程度，提高器件制备效率和微纳结构图形质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种大口径柔性光学超构表面结构的加工方法，通过一种简单的紫外光固化嵌入图形的紫外固化胶的微纳米结构复制技术实现大面积柔性光学超构表面的高效率和低成本制造。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大口径光学柔性超构表面器件的加工方法，该方法的步骤如下：

步骤(1)、在基底模板上涂覆光刻胶。

步骤(2)、通过光刻系统进行曝光，然后显影。

步骤(3)、将图形转移至基底材料上，并作为模板。

步骤(4)、通过把混合有高折射率纳米颗粒的紫外固化胶涂覆在模板上并覆盖一层柔性基底，采用辊轴一边施加机械压力一边利用紫外灯曝光的方式固化紫外固化胶。

步骤(5)、然后将柔性基底与模板分离，即可制备出大口径柔性光学超构表面结构。

进一步地，所述步骤(1)中的光刻胶为电子束光刻胶和紫外光刻胶。

进一步地，所述步骤(2)中光刻系统为电子束光刻系统、紫外超分辨光刻系统和紫外超分辨直写系统。

进一步地，所述步骤(3)中的图形转移为溶脱剥离、金属辅助化学腐蚀、气体辅助离子束刻蚀和高密度等离子体刻蚀。

进一步地，所述步骤(4)中高折射率纳米颗粒为氧化钛、氧化哈、氧化锆、氧化锌、氧化铈、硅，高折射率纳米颗粒的直径≤50nm。

进一步地，所述步骤(4)中柔性基底材料为光学透明聚合物和金属玻璃，柔性基底厚度≤500μm；所述紫外光源为面光源和线光源。

本发明的原理在于：