基于透明陶瓷的二元光學元件的設計與制作.pdf

1、二元光學元件不僅是制造微光機電系統(tǒng)的關鍵元器件，而且是制造小型光電子系統(tǒng)的關鍵元器件。它不僅具有尺寸小、性價比高等優(yōu)點，并且能夠實現(xiàn)普通光學元器件難以實現(xiàn)的陣列、轉換、成像和集成等新功能。隨著科學技術的迅猛發(fā)展，二元光學元件已顯示出越來越重要的應用價值和廣闊的應用前景，同時對二元光學元件的加工與應用提出了越來越高的要求。
　　透明陶瓷憑借其出眾的物理化學性能，具有和玻璃相比擬的優(yōu)異光學性能，成為材料領域研究的新寵，已顯現(xiàn)出良好的應

2、用前景和重要作用，其應用領域也在不斷為人們所開拓。
　　本論文針對二元光學元件的眾多優(yōu)點之一——寬廣的材料可選性，展開探索性研究，嘗試以透明陶瓷為基底材料來代替常見的基材，制作二元光學元件。目前常見的二元光學元件基材有硅片、玻璃等，它們有著各自的優(yōu)點，但在日常使用中也暴露一定的不足。透明陶瓷擁有高強度、耐高溫、耐酸堿腐蝕等特性，在多波段、寬光譜內擁有良好的透明性，即使在遠紅外區(qū)仍有80％的直線透過率。用透明陶瓷作為元件基底材料，能

3、夠使得光學元件在更為復雜、苛刻的環(huán)境中發(fā)揮作用，拓寬了二元光學元件的應用范圍。
　　鑒于透明陶瓷固有的特性，本文采用“加法”和“減法”兩種方案進行研究?！凹臃ā狈桨钢?，鑒于透明陶瓷耐酸堿腐蝕的特性，結合光刻中的“加法”工藝，首先通過磁控濺射鍍膜技術在透明陶瓷表面濺射一層金屬膜。金屬膜與透明陶瓷結合牢固。借助數(shù)字微光刻技術和接觸式光刻技術實現(xiàn)元件結構的轉印，使得元件留在金屬膜層。這樣既使得二元光學元件能夠發(fā)揮作用，又讓透明陶瓷的優(yōu)異

4、特性得以保留。“減法”方案用于進一步探索。借助感應耦合等離子體刻蝕系統(tǒng)，以金屬膜層為硬掩模，進一步刻蝕透明陶瓷。另外，采用飛秒激光直接在透明陶瓷本體表面燒蝕二元光學元件。
　　本文采用多種二元光學元件進行實驗，包括一維光柵、正交光柵、達曼光柵、方形波帶片和菲涅耳波帶片等基本元件，同時也有自主設計的、由電腦編程實現(xiàn)的二元全息圖和渦旋光束元件。從多方面驗證了以透明陶瓷制作二元光學元件的可行性。借助光學輪廓儀和顯微鏡對實驗結果進行分析，