衍射光柵的光刻工藝研究.pdf

1、衍射光柵是一種重要的光學(xué)元件,在光譜測量、光計算、光信息處理等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著光柵應(yīng)用的不斷深入,對其性能要求也逐漸提高,而增大光柵的面積和衍射效率是提高光柵性能的有效途徑。本論文主要基于激光干涉技術(shù),通過調(diào)節(jié)干涉參數(shù)獲得大尺寸的衍射光柵,對其衍射效率進(jìn)行測試分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：光柵槽深是影響其衍射效率的主要原因之一。因此本課題主要圍繞著如何增大衍射光柵槽深的研究展開：一方面通過有機-無機材料雜化的方法增大記錄材料厚度,進(jìn)而經(jīng)光

2、刻得到大槽深衍射光柵；另一方面在雙光束激光干涉法及熱處理制得無機薄膜光柵的基礎(chǔ)上,利用化學(xué)刻蝕方法增大其槽深。 實驗通過調(diào)整雙光束激光干涉光路中的干涉光束入射角θ、激光束束斑半徑R0、凹透鏡臨界發(fā)散角δ、平行光鏡焦距f等參數(shù),計算并設(shè)計出能實現(xiàn)干涉條紋周期為833nm、曝光場直徑為30.6mm的光路,并利用該干涉光路在ZrO2感光凝膠薄膜上成功制備了該衍射光柵,表面鍍金后其衍射效率可達(dá)60％以上。 ZrO2凝膠薄膜光柵經(jīng)

3、600℃熱處理后,槽深隨薄膜厚度從約200nm急劇下降到不足50nm,致使光柵衍射效率銳減至2％以下。實驗探索得到新的記錄材料,即以感光TiO2溶膠、甲基丙烯酸丁酯為主要原料,以過氧化二苯甲酰引發(fā)劑配制聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/TiO2有機-無機雜化材料,對其進(jìn)行紫外、紅外波譜測試,結(jié)果表明該薄膜在紫外區(qū)具有良好的感光性。采用UV-掩模法制備得到了周期為250μm,槽深可達(dá)5.58μm的衍射光柵。 而對于高密度衍射光柵而言,

4、在激光干涉的基礎(chǔ)上,結(jié)合化學(xué)刻蝕法以增大其槽深。實驗分別采用KOH溶液和添加異丙醇至過量的KOH溶液(KOH+IPA溶液)對其進(jìn)行化學(xué)刻蝕,將周期為250μm的(100)Si基ZrO2光柵的槽深從0.08μm增大到了5μm以上,發(fā)現(xiàn)KOH+IPA溶液的腐蝕效果優(yōu)于KOH溶液；另外,采用34wt％KOH+IPA溶液對周期為833nm的(100)Si基ZrO2衍射光柵進(jìn)行腐蝕,使光柵的槽深由不足50nm增大到約200nm,衍射效率從不足2％