专利名称：利用激光扫描共聚焦显微镜制作高密度光栅的方法
技术领域：
本发明涉及一种高密度光栅的制作方法，属于光学器件的制造、光测力学技术领域。
背景技术：
转移或直接刻蚀在被测物体表面的光栅作为物体表面变形信息的载体，在光测力学领域中是几何云纹法、云纹干涉法、电镜云纹法和网格法中进行物体表面变形测量的基本元件。
目前较为成熟的光栅的制作方法主要有机械刻划法、全息光刻法。
机械刻划是制作光栅最传统的方法，该方法利用刻纹机在光栅材料表面刻划出一条一条的沟槽，这种方法对刻纹机的机械精度提出了很高的要求。而且机械刻划法不仅费时、制作成本高，而且所得到的光栅频率比较低，质量也不尽如人意。
全息光刻法是继机械刻划法后发展起来的一种光栅制作方法，它的出现是光栅制作技术领域中的一个里程碑，将光栅制作技术向前推进了一大步。全息光刻法的不足之处是所需光学元件较多，光路复杂。
专利CN 1335521A中采用了一种激光扫描的方法，该方法利用激光单光束与其在材料表面形成的表面扩散波相干涉的原理，在材料表面形成直线型的沟槽结构，制作出可变间距、可变深度的全息光栅。这种光栅制作方法较全息光刻法要简单，但是仍需人为布置光路，以及精确调整激光束的入射角度等重要参数。对非专业人员而言，实施起来相当困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种在激光扫描共聚焦显微镜这一成熟商品仪器环境下，容易实现的高密度光栅制作新方法，通过选择或调整激光扫描共聚焦显微镜目镜的放大倍数、照明波长、扫描线数、重复扫描的次数以及扫描方向，制作出可变密度、可变深度的单向光栅、正交光栅或应变花光栅，操作简单，无需专业设备投资，制作成本底。
本发明的技术方案如下一种高密度光栅的制作方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)将光刻胶通过旋涂设备均匀地涂布在基底材料上，然后将经清洗、抛光的基底材料切割成所需要的形状，放置在激光扫描共聚焦显微镜的载物台上；2)选择激光扫描共聚焦显微镜目镜的放大倍数，并在激光扫描共聚焦显微镜附带的操作软件中选择波长在所述的光刻胶的感光敏感波长范围内的照明光源以及扫描线数；3)在激光扫描共聚焦显微镜的操作环境下，利用该显微镜照明光源的聚焦光点对基底材料表面成像范围内进行水平或垂直方向的线扫描曝光，聚焦激光点的直径由所述的显微镜目镜的放大倍数和照明波长决定，聚焦激光点的成像范围由所述的显微镜目镜的放大倍数决定，在所述的激光扫描共聚焦显微镜中聚焦激光点的成像范围内通过选择不同的扫描线数，得到不同频率的沟槽结构，通过增加重复扫描的次数，得到不同深度的沟槽结构；4).水平或垂直方向扫描结束之后，将激光束的扫描方向旋转90°或120°，对基底材料表面的另一方向重复步骤2)进行扫描曝光；5)经显影、定影，镀膜和包装后最终制成高密度光栅成品。
本发明所述的高密度光栅为单向光栅、正交光栅和应变花光栅。所述的基底材料为玻璃、硅片、聚合物、金属或半导体材料。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果光栅的制作过程在激光扫描共聚焦显微镜这一成熟商品仪器中完成；通过调整激光扫描共聚焦显微镜目镜的放大倍数、扫描线数、扫描次数以及扫描方向能制作出可变密度、可变深度的单向光栅、正交光栅和应变花光栅；光栅制作的原理清晰，具体操作简单，不需要人为布置光路，以及精确调整激光束的入射角度等重要参数，无需专业设备投资，制作成本底。
图1为本发明的工艺操作流程图。
具体实施例方式
现结合附图1来对本发明的具体实施方式
作进一步说明。
将光栅的基底材料经清洗、抛光后，切割成所需要的形状。将市场上购买的光刻胶通过旋涂设备均匀地涂布在基底材料上，放置在激光扫描共聚焦显微镜的载物台上。先选择激光扫描共聚焦显微镜目镜的放大倍数，然后在激光扫描共聚焦显微镜附带的操作软件中选择波长在光刻胶的感光敏感波长范围内的照明光源以及扫描线数，聚焦激光点的直径由显微镜目镜的放大倍数和照明波长决定，聚焦激光点的成像范围由所述的显微镜目镜的放大倍数决定。随后用激光扫描共聚焦显微镜按扫描成像的方式用聚焦激光点对光栅基底材料表面成像范围内进行水平或垂直方向扫描曝光。一个方向扫描结束之后，根据要求将激光束的扫描方向旋转90°或120°，对基底材料表面的另一方向进行扫描曝光；然后经显影、定影、镀膜和包装后，最终可制作成高密度的单向光栅、正交光栅或应变花光栅。
实施例1基底材料为市场上购买的圆形硅片，光刻胶型号为S1400-27为美国Shipley公司的生产。将硅片固紧在涂胶机上，用滴管滴3-5滴光刻胶至硅片中心处。启动涂胶机以3000转/分钟的转速持续1分钟将光刻胶均匀涂布在硅片表面上，旋涂后基底材料表面的光刻胶层厚度约为2um。
将该涂上光刻胶的硅片放置在型号为OPTELICS S130的激光扫描共聚焦显微镜的载物台上，选用波长为405nm波长的激光照明光源，显微镜目镜的放大倍数为50倍，聚焦激光点直径为0.22um，聚焦激光点的成像范围为284×228um2，在硅片表面以1280线频率扫描硅片表面的水平方向扫描曝光，重复扫描5次，随后将激光束的扫描方向旋转90°，对基底材料表面的另一方向重复进行扫描曝光5次，最终得到4500线的正交光栅。
对于与实施例1中型号不同的其它激光扫描共聚焦显微镜，可根据该激光扫描共聚焦显微镜的具体配置选择显微镜目镜的放大倍数和波长在光刻胶的感光敏感波长范围内的照明光源以及扫描线数，聚焦激光点的直径由显微镜目镜的放大倍数和照明波长决定，聚焦激光点的成像范围由所述的显微镜目镜的放大倍数决定。最终得到的光栅频率由聚焦激光点的成像范围和扫描线数决定，光栅沟槽结构的深度由重复扫描的次数决定。
权利要求
1.一种高密度光栅的制作方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)将光刻胶通过旋涂设备均匀地涂布在基底材料上，然后将基底材料切割成所需要的形状，放置在激光扫描共聚焦显微镜的载物台上；2)选择激光扫描共聚焦显微镜目镜的放大倍数，然后在激光扫描共聚焦显微镜附带的操作软件中选择波长在所述的光刻胶的感光敏感波长范围内的照明光源以及扫描线数；3)在激光扫描共聚焦显微镜的操作环境下，利用该显微镜照明光源的聚焦光点对基底材料表面成像范围内的水平或垂直方向进行线扫描曝光，聚焦激光点的直径由所述的显微镜目镜的放大倍数和照明波长决定，聚焦激光点的成像范围由所述的显微镜目镜的放大倍数决定，在所述的激光扫描共聚焦显微镜中聚焦激光点的成像范围内通过选择不同的扫描线数，得到不同频率的沟槽结构，通过增加重复扫描的次数，得到不同深度的沟槽结构；4).一个方向扫描结束之后，将激光束的扫描方向旋转90°或120°，对基底材料表面的另一方向重复步骤2)进行扫描曝光；5)经显影、定影、镀膜和包装后制成光栅成品，最终制作成高密度光栅。
2.按照权利要求1所述的高密度光栅的制作方法，其特征在于所述的高密度光栅为单向光栅、正交光栅和应变花光栅。
3.按照权利要求1所述的高密度光栅的制作方法，其特征在于所述的基底材料为玻璃、硅片、聚合物、金属或半导体材料。
4.按照权利要求1所述的高密度光栅的制作方法，其特征在于所述的光刻胶为美国Shipley公司生产的型号为S1400-27的产品。
全文摘要
一种高密度光栅的制作方法，属于光学器件的制造、光测力学技术领域。本发明是在成熟商品仪器激光扫描共聚焦显微镜的操作环境中，利用其照明光源所发出的波长在光刻胶感光敏感波长范围内的聚焦激光点，对光栅基底材料表面的光刻胶进行扫描曝光，通过调整激光扫描共聚焦显微镜目镜的放大倍数、扫描线数、扫描次数以及扫描方向，能制作出可变密度、可变深度的单向光栅、正交光栅或应变花光栅；该方法的光栅制作原理清晰，操作简单，不需要人为布置光路，以及精确调整激光束的入射角度等重要参数；无需专业设备投资，制作成本低。
文档编号G02B21/00GK1815274SQ20061001147
公开日2006年8月9日 申请日期2006年3月10日 优先权日2006年3月10日
发明者谢惠民, 潘兵, 方岱宁, 邢永明, 岸本哲, 戴福隆 申请人:清华大学