[发明专利]利用变角度曝光制备复合周期的多级结构的方法及应用

摘要

本发明公开了一种利用变角度曝光制备复合周期的多级结构的方法及应用，属于激光加工技术领域，具体涉及利用双光束干涉制备具有复合周期的微米－纳米跨尺度多级结构，通过在制备过程中改变双光束干涉的曝光角来同时获得复合周期和多级微纳结构，并利用从微米到纳米的跨尺度多级结构和复合周期，来获得超输水表面和模仿昆虫翅膀的结构色。本发明利用变角度曝光，仅通过双光束干涉一种加工技术即得到多级结构，突破了现有技术必须结合多种方法制备多级结构的局限性，该方法具有高扩展性和产率高、效率高等优势。

主权项

利用变角度曝光制备复合周期的多级结构的方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)、激光光路搭建与调试；首先，依据半反半透镜结合反射镜的分光方式搭建双光束干涉光路，使激光历经“扩束－等光程分束－聚焦干涉”的光路，并确保沿光路激光经过每个镜子的中心位置；然后，对光路进行调试，依次调节半反半透镜和反射镜的高度和与水平、竖直两个方向的夹角，直至分束后的两束光同时处于水平面内，且沿光屏法线左右对称入射至光屏，即令两束光入射角完全相等；(2)、光刻胶准备；首先，将衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中进行超声清洗，所用时间为10‑30min，并用氮气吹干待用；然后，将光刻胶旋涂至衬底，所用转速为1000‑5000r/min，所用匀胶时间为10‑20s，所得光刻胶平膜厚度为10‑50μm；最后，将光刻胶平膜置于烘箱中进行前烘，所用温度为95‑120℃，所用时间为30‑120s；(3)、变角度曝光制备多级结构；包括决定曝光角和按结构级别依次曝光；首先，依据所需多级结构的第1级周期Λ1和半反半透镜与光屏之间的距离Y，决定双光束干涉加工的曝光角2θ1和对应的两个反光镜M1和M2的位置坐标X1和X2，其中，以半反半透镜中心为原点，并将两反光镜移动至相应位置；然后，用磁铁块将步骤(2)准备的光刻胶平膜固定在光屏中央，并调节光屏前后位置使两束光聚焦在光刻胶平膜上表面，且两束光光点会聚在平膜样品中心位置；随后，调节光阑使两束重叠的光斑扩至最大，并将激光锁模，对样品进行曝光；接着，依据具体的结构将样品在光屏上转过一个角度φ，同时按照所需多级结构的第2至第N级周期(Λ2‑ΛN)分别决定对应的曝光角和二反光镜位置坐标，其中，N为整数，2≤N≤3，并作相应调节，依次对样品完成每级结构的曝光；最后，将曝光完毕的光刻胶平膜置于光刻胶专用显影液中进行显影，所用显影时间为2s‑5min，最终获得所需具有复合周期的多级结构。