[发明专利]一种可调控周期的光栅及制备方法

说明书

本发明属于光学元件技术领域，更具体地，涉及一种可调控周期的光栅及制备方法。可调控周期的光栅包括：基底层；光栅层，设置在所述基底层之上；包层薄膜，设置在所述光栅层之上；所述光栅层由可逆相变材料制成；所述光栅层上设置有光栅结构；所述光栅结构包括多个光栅周期结构，所述多个光栅周期结构由激励信号刻画而成；每个所述光栅周期机构包括至少两个直线结构；所述至少两个直线结构的折射率不同。本发明制备方法简单，效率高，可制备出折射率不同的光栅，以及周期不同的光栅；且可实现光栅结构的重构。

技术领域

本发明属于光学元件技术领域，更具体地，涉及一种可调控周期的光栅及制备方法。

背景技术

衍射光栅是一种衍射光学元件，对入射光波具有振幅和位相调制作用，其主要功能是实现复色光的空间分离，而被用来进行物质结构或成分分析，是光谱仪器的核心色散元件。随着光栅制造技术的不断发展，光栅性能指标的不断提升，其分束、偏振和相位匹配等性质促使其应用范围逐渐拓展到天文学、计量学、集成光学、信息处理、光通信和大功率激光系统等诸多领域。目前市面上常见的制作光栅的方法有三种：一种是机械刻划，一种全息技术，一种是纳米压印技术。

机械刻划是在基底上镀上一层特定的金属膜层，然后通过光栅刻划机上的金刚石刻划刀挤压光栅基底上的金属镀膜，使其发生形变产生刻槽而制成。每运行一个周期刻划出一条光栅刻线；运行往复制作出一片光栅。此工艺对机器和工作环境的稳定性要求较高，而且在刻划过程中存在各种周期累积误差，使刻划光栅不可避免的出现鬼线和杂散光。并且由于每次扫描仅刻划一条刻线，在大尺寸光栅刻划制作时，刀具磨损严重，并且耗时费力，一块光栅刻划时间往往长达数月，且由于机械划刻的特性，其制作不了光栅刻线密度较高的光栅，因此制作光栅刻线密度要求低的中阶梯光栅时，适合更使用光栅刻划技术。

全息技术是利用干涉原理，用高分辨率和高灵敏度的记录材料记录两束相干光束形成的干涉图样，再经化学处理进行显影制作而成。首先需要在基底上旋涂一层光敏胶，待其干燥成膜后，调节干涉曝光光路，接着把旋涂了光敏胶的基片放置在曝光光路中，使其记录干涉条纹。后用相应的化学试剂进行显影处理。最终才制得一片光栅。但是，全息曝光加工过程较为繁琐且时间较长，由于限于全息干涉，光斑的尺寸有所限制，制做的光栅尺寸有所限制，且干涉对于环境的稳定性要求较高，全息干涉方法也不能制作周期变化的光栅。且全息曝光一次成型，不容易对光栅衍射波前进行控制。纳米压印技术依赖于简单的机械模印，结构加工的分辨率和精度取决于模板的加工精度和分辨率以及成型材料的性能。

纳米压印技术的基本过程包括图形压印和图形传递两大部分，图形的压印包括压入图形和模板分离，利用一块具有纳米尺度表面浮雕图形的原始模板，将其对准压入旋涂在衬底上的聚合物压印胶，可以控制衬底材料的温度和压力，形成高精度的聚合物材料结构。在压印胶上的结构固化成型后，将模板分离，完成图形的压印过程。然后在利用等离子刻蚀掉参与的胶层，就能得到所需要的图形。纳米压印制作高质量的模板难度非常大：由于纳米压印模板是纳米压印工艺中第一大关键因素，模板结构质量直接决定着制备结构的质量，所以模板的制作是一个十分精细且重要的工作；但是纳米压印的模板由于十分精细，所以制作方面也十分困难，耗时很长。且纳米压印每一步工艺都十分精细，对工艺的要求很高。模板与衬底材料必须保持平行且良好的接触，所以对制作环境的洁净度有着较高的要求，且由于模板材质、尺寸和涂胶面积的限制，均匀的压印面积十分有限。另外纳米压印胶也有以下缺点：氧气的阻聚作用明显、反应速率慢、表面能大导致难以脱模以及原材料不易获得。所以导致纳米压印技术也有一定的局限性。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中的缺陷，提供一种可调控周期的光栅及制备方法，光栅的折射率以及周期可调，且制备方法简单。

第一方面，本申请提供一种可调控周期的光栅，包括：基底层；

光栅层，设置在所述基底层之上；

包层薄膜，设置在所述光栅层之上；

所述光栅层由可逆相变材料制成；所述光栅层上设置有光栅结构；