[发明专利]基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置

摘要

本发明公开了基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置，该装置包括He‑Cd激光器，光电快门，扩束器，半波片，分束器，平面反射镜，棱镜，折射率匹配油，衬底和非对称金属包覆介质波导。He‑Cd激光器发射的325nm激光束，通过光电快门后，经扩束器扩束，经半波片改变偏振方向，得到TM或TE偏振光，再由分束器分成两束强度相等的相干光，两束光通过平面反射镜反射后，经棱镜耦合后辐照非对称金属包覆介质波导，激发波导中的高阶导模，高阶导模干涉场曝光正性光刻胶，经后续工艺处理，可制备出多层亚波长结构。本发明可有效调控制备的多层亚波长结构的层数和周期，成本低廉、操作简单、产出高，在微纳光学领域具有广泛应用。

主权项

1.基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置，其特征在于，包括He‑Cd激光器(1)、光电快门(2)、短焦距透镜(3)、长焦距透镜(4)、半波片(5)、分束器(6)、平面反射镜A(7)、平面反射镜B(8)、棱镜(9)、折射率匹配油(10)、衬底(11)、Al膜(12)和正性光刻胶(13)；所述He‑Cd激光器(1)为光源；所述光电快门(2)用于控制是否曝光以及曝光时间；所述短焦距透镜(3)与长焦距透镜(4)组成扩束器；所述折射率匹配油(10)将棱镜(9)与衬底(11)粘结；所述非对称金属包覆介质波导由Al膜(12)、正性光刻胶(13)和空气组成；所述Al膜(12)通过电子束蒸镀到衬底(11)上，所述正性光刻胶(13)通过匀胶法旋涂到Al膜(12)上；激光从所述He‑Cd激光器(1)射出后，经过光电快门(2)，之后经过扩束器被扩束，被扩束的光经过可以改变激光偏振方向的半波片(5)后得到激发高阶导模所需的TM或TE偏振光，再经过分束器(6)被分为两束相同强度的相干光，并沿不同方向出射，最后通过平面反射镜A(7)、平面反射镜B(8)反射在棱镜(9)上，并通过棱镜(9)耦合后，以激发高阶导模的激发角辐照非对称金属包覆介质波导，从而激发两束方向相反的高阶导模，高阶导模的干涉场曝光正性光刻胶(13)，经显影、定影后续工艺处理后，即可得到相应的多层亚波长结构；多层亚波长结构的层数为导模的模式数加1，即：m+1；所述的He‑Cd激光器(1)作为激发高阶导模的激发光源，其发射的激光束波长为325nm；扩束器由两个焦距不同的短焦距透镜(3)、长焦距透镜(4)组成，以使He‑Cd激光器(1)发出的激光束被扩束，进而高阶导模干涉场曝光正性光刻胶(13)时可以增大曝光面积，实现大面积刻写；半波片(5)用来调节激光束的偏振，当使用TE导模干涉刻写多层亚波长结构时，调节半波片(5)，使入射激光束成为TE偏振光；当使用TM导模干涉刻写多层亚波长结构时，调节半波片(5)，使入射激光束成为TM偏振光；通过选择非对称金属包覆介质波导中的不同高阶导模，可以实现各种多层亚波长结构的刻写制备；制备多层亚波长结构所需的高阶导模，可以通过正性光刻胶(13)的厚度、激光的偏振进行有效选择；该基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置成本低，该装置基于非对称金属包覆介质波导激发高阶导模干涉曝光刻写制备多层亚波长结构，是一种无掩模的光刻技术，且使用的光学元件少、成本低，故可总体降低光刻的成本；该基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置操作简单，由于使用的光学元件少，且光路简单，可以实现操作简单的光刻技术；该基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置产出高，由于光路简单，易操作，无需真空条件，故可以提高产出率；该基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置制备产品多样，通过使用厚度不同的正性光刻胶和选取不同的导模可以刻写制备出多种层数和多种周期的亚波长结构；该基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置大面积，由于使用了扩束器对激光束扩束，所以制备的多层亚波长结构是大面积的。