[发明专利]一种大面积微纳叠层衍射光栅结构的制备方法

说明书

本发明公开了一种大面积微纳叠层衍射光栅结构的制备方法，该方法是在已有的光栅结构基础上，对光栅的栅齿进行微纳结构图形的结构以及材料进行调控，能够在更大的带宽下获更高的衍射效率，对提高光栅的光能的利用率和夜视镜成像的灵敏度以及降低光栅的制备成本具有重要意义；同时，通过光刻胶作为掩膜，在掩膜层上外延光栅层再带胶剥离避开刻蚀的光栅制备方法能够解决现有方法中衍射光栅制备难度大、产量低、无法进行大规模生产的问题。本发明通过改变所制备的衍射光栅的材料、周期，进一步提高了光栅的光能利用率，在实现大面积高效率微纳衍射光栅的同时，保证该结构可以实现高效率、宽光谱的衍射，可以应用于夜视、光通信等领域。

技术领域

本发明涉及半导体微纳加工领域，尤其涉及一种大面积微纳叠层衍射光栅结构的制备方法，本发明能够有效解决衍射光栅的光学元件的衍射效率会随着波长偏离设计值而下降很快的问题，可以应用于夜视、光通信等领域。

背景技术

目前很多公共场所都安装了监控系统，包括金融、保险、邮电等办公场地的安保系统、道路上的测速抓拍系统以及恶劣工作条件下代替人工监视的侦测系统等等。这些监控系统一般都采用现成的光学成像镜头，而常用的光学成像镜头又都采用可见光成像。在光照充足的情况下，这些镜头的成像质量尚佳；但是在黑暗以及能见度不佳的情况下成像模糊，导致监控摄像机的清晰度存在很大问题，给图像识别带来很大困难，容易造成错误判断。所以人们引入了夜视系统，但传统的折反射式夜视镜又因工作波段较宽而具有比较复杂的光学结构。

近年来，半导体微纳加工方法的飞速发展使得微纳衍射光栅制备难度大大降低，因此，采用含有衍射光栅的光学系统，可以利用其负色散特性替代负透镜，减小了透镜承担的光焦度，减小了表面形状的弯曲，更易实现色差的校正。虽然，应用于目视光学系统的衍射光栅减少了镜片的数量，减轻了系统的重量，缩减了系统的成本；但是，现有的含有单层衍射光栅的光学元件的衍射效率会随着波长偏离设计值而下降很快，同时，目前光栅加工中关键方法之一的刻蚀还存在许多问题，例如：湿法刻蚀可重复性差、成品率低；干法刻蚀效率低、成本高、价格昂贵。

如何进一步提高光栅的宽谱衍射效率和光能的利用率，同时实现高重复性、低成本的光栅制备方法是本领域技术人员所面临的重要问题之一。

发明内容

本发明要解决的方法问题是克服现有方法的不足，提供一种大面积微纳叠层衍射光栅结构的制备方法，该方法是在已有的光栅结构基础上，对光栅的栅齿进行微纳结构图形的结构以及材料进行调控，在更大的带宽下获更高的衍射效率，对提高光栅的光能的利用率和夜视镜成像的灵敏度以及降低光栅的制备成本具有重要意义。同时，通过光刻胶作为掩膜，在掩膜层上外延光栅层再带胶剥离避开刻蚀的光栅制备方法更是解决了现有方法中衍射光栅制备难度大、产量低、无法进行大规模生产的问题。

本发明能够有效解决衍射光栅的光学元件的衍射效率会随着波长偏离设计值而下降很快的问题，可以应用于夜视、光通信等领域，在实现大面积高效率微纳衍射光栅的同时，保证该结构可以实现高效率、宽光谱的衍射。

本发明解决上述问题所采用的方法方案为：

一种大面积微纳叠层衍射光栅结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，提供一防光晕阴极玻璃衬底；

步骤二，在衬底的表面涂布负性光刻胶掩膜层A，利用紫外纳米压印方法将负性光刻胶掩膜层A图形化，在衬底表面留下等间隔周期排列的圆柱型孔洞；

步骤三，在图形化后的衬底表面和负性光刻胶掩膜层A的表面外延氧化硅光薄膜；外延结束后将衬底浸泡入丙酮溶液中，带胶剥离负性光刻胶掩膜层A表面外延的氧化硅薄膜，留下圆柱型孔洞中的氧化硅圆柱形结构A；