[发明专利]一种基于重力场加工闪耀光栅的方法

说明书

本发明提供了一种基于重力场加工闪耀光栅的方法，该方法分解为定位侧壁加工、胶液浇筑、倾斜紫外固化和镀膜4大步骤，包括平面基底、定位侧壁、液态紫外胶、固态紫外胶、紫外光源、反射膜层；其中平面基底作为基底支撑定位侧壁并盛装液态紫外胶，在平面基底表面通过光刻、刻蚀、切削、打印等方式精密加工定位侧壁。将平面基底倾斜特定角度并利用紫外光源对液态紫外胶进行固化使其成为固态紫外胶，最后在固态紫外胶表面镀制反射膜层。

技术领域

本发明属于微细光学加工领域，具体涉及一种基于重力场加工闪耀光栅的方法。

背景技术

在微细光学加工领域，闪耀光栅通常采用金刚石切削或直写光刻的方式制作。金刚石切削只能在较软的金属等材料表面加工，存在加工精度不足、表面粗糙度较高、切削头寿命较短等缺点。直写光刻采用激光束变剂量灰度曝光在光刻胶层中形成准连续面形微浮雕，存在加工效率低、成本高、材料选择受限等缺点。

发明内容

为了克服现有闪耀光栅加工技术存在的缺点，本发明提供一种基于重力场加工闪耀光栅的方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

本发明一种基于重力场加工闪耀光栅的方法，所述的方法分解为定位侧壁加工、胶液浇筑、倾斜紫外固化和镀膜4大步骤，该方法利用的装置包括平面基底、定位侧壁、液态紫外胶、固态紫外胶、紫外光源、反射膜层；该方法过程为：所述的平面基底作为基底支撑定位侧壁并盛装液态紫外胶，在平面基底表面通过光刻、刻蚀、切削、打印等方式精密加工定位侧壁。将平面基底倾斜特定角度并利用紫外光源对液态紫外胶进行固化使其成为固态紫外胶，最后在固态紫外胶表面镀制反射膜层。

所述的平面基底平面度优于10μm，材料选择包括但不限于玻璃、石英、铝合金、不锈钢等。所述的平面基底的表面要求洁净且具有较低的表面粗糙度RMS低于100nm。

所述的定位侧壁位于平面基底的表面并平行于光栅方向，材料选择可以是基底材料本身，也可以是聚合物包括但不限于SU-8光刻胶。定位侧壁具有亚微米级定位精度，通过光刻或机械切削方式加工，其周期与闪耀光栅的设计周期一致，高度与周期的比值由闪耀角决定，宽度在工艺允许范围内尽量小。值得注意的是，在平面基底表面垂直于光栅方向的两边也各有相同高度的侧壁用于防止液态紫外胶溢出。

所述的液态紫外胶通过浇注方式盛装在平面基底和定位侧壁围成的封闭区域内且液面与定位侧壁上表面齐平，材料选择包括但不限于NOA61紫外胶。根据定位侧壁的表面特性合理选择或改性液态紫外胶使其浸润角接近90°。

所述的液态紫外胶在平面基底倾斜后受重力作用将多余胶液顺倾斜方向溢出，胶液表面始终维持水平，倾斜角度由闪耀角决定。合理选择倾斜工装夹具，隔绝振动源，保持胶液液面静止。紫外光源的波长与液态紫外胶的吸收波长保持一致，典型吸收波长为365nm，光源照度均匀性优于90％，能量密度不低于10mW/cm²。

所述的固体紫外胶由液态紫外胶转变而成，在紫外光照下分子链发生聚合交联反应，逐渐由液态转为固态。液态紫外胶不含溶剂，转化为固态紫外胶后体积不发生变化，面形也不发生变化。

所述的反射膜层通过真空物理沉积的方式在固态紫外胶表面镀制而成，材料包括但不限于金、银、铝、铬、硅等。反射膜层的材料和厚度等参数由闪耀光栅设计参数决定。

所述的方法工作流程如下：首先通过机械抛光等方式得到平面基底，接着利用切削、光刻、打印等方式在平面基底表面加工定位侧壁，然后浇筑液态紫外胶并倾斜紫外固化，最后在固态紫外胶表面镀制反射膜层。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明相比金刚石切削加工而言，可以改善加工表面的光洁度，提高微观形貌加工精度，克服切削头寿命较短的问题。