[发明专利]单晶金刚石衍射光学元件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种单晶金刚石光学元件生产方法。该方法包括以下步骤：‑提供单晶金刚石基板或层；‑将掩模层涂敷到单晶金刚石基板或层；‑穿过掩模层形成至少一个或多个凹陷或凹口，以露出单晶金刚石基板或层的一个或多个部分；以及‑蚀刻单晶金刚石基板或层的露出的一个或多个部分。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年8月30日提交的国际专利申请PCT/IB2017/055208的优先权，在此通过引用将该申请的整个内容并入。

技术领域

本发明涉及一种用于在单晶金刚石中制造光学部件的方法。本发明涉及一种用于在单晶金刚石中制造光学部件的方法，这些光学部件沿着明确限定的晶面展示原子级光滑表面。本发明还涉及仅由单晶金刚石零件或产品构成的光学衍射部件，包括但不限于光栅或分束器。

背景技术

随着近来可以利用工业高纯度化学气相沉积(CVD)单晶金刚石，已经广泛报道利用其独特的光学和机械特性的应用。

已经示例了诸如纳米机械谐振器、纳米线尖端以及悬臂的机械结构。

在光学领域中，微透镜、光栅以及微腔是单晶金刚石是理想材料的应用。

微结构晶体块状材料展现晶面的能力是微制造中的已知现象。已经使用各种湿式蚀刻剂(KOH、TMAH等)(还利用具有对某些晶面具有选择性的蚀刻剂的效果)来在硅中制造三角形或矩形轮廓的光栅结构。如果基板切割错误，即，基板表面被故意相对于主晶面以明确限定的角度偏移对齐，则可以制造闪耀(或不对称或小阶梯)光栅。光栅也可以与棱镜结合使用，作为浸入式元件，或者与MEMS结构结合使用，以便实现可调谐性。

还可以利用各向异性蚀刻方法来产生光学部件，诸如具有垂直或接近垂直侧壁的衍射光栅。先前已经在单晶金刚石中论证了这种光栅。类似地，已经论证了由飞秒激光或其他激光进行的结构化可以用于在单晶金刚石中产生垂直图案。

已经论证了用于使用离子注入在单晶金刚石中产生光栅图案的又一种制造方法。

然而，迄今论证的通过上述方法生产的元件在表面质量以及它们对侧壁或光栅角度的控制方面受到限制。

发明内容

因此，本公开的一个方面是提供一种克服上述挑战的单晶金刚石衍射光学元件的制造方法。由此，本发明涉及一种根据权利要求1的方法。

该方法优选包括以下步骤：

-提供单晶金刚石基板或层；

-将掩模层涂敷到单晶金刚石基板或层；

-穿过掩模层形成至少一个或多个凹陷或凹口，以露出单晶金刚石基板或层的一个或多个部分；以及

-蚀刻单晶金刚石基板或层的露出的一个或多个部分。

该方法有利地允许在单晶金刚石中生产诸如光学衍射光栅的光学部件，这些光学衍射光栅具有由晶面限定的凹槽(例如，V形凹槽或矩形凹槽)。该方法有利地提供了具有精确限定的侧壁角度和高度或原子级光滑的光学表面的光学结构。

本公开的另一个方面是提供一种通过该方法生产的单晶金刚石衍射光学部件或衍射光栅或产品。

本公开的又一个方面是提供一种单晶金刚石光学元件，其中，光学元件是独立的反应离子蚀刻的合成单晶金刚石光学元件。

本发明的上述和其他目的、特征和优点以及实现它们的方式将变得更加明显，并且本发明本身将从参照附图进行的以下描述的研究来更佳地理解，这些附图示出了本发明的一些优选实施方式。

附图说明

本发明的上述目的、特征以及其他优点将结合附图从以下详细描述来最佳地理解，附图中：