本发明涉及一种采用全息干涉记录手段进行二次曝光制备小占宽比全息光栅的新方法。
背景技术：
与刻划光栅相比，全息光栅具有能消除鬼线，降低杂散光，分辨率高，适用光谱范围宽，生产效率高等优点。全息光栅的占宽比(线宽与周期之比)是全息光栅中一项重要参数，全息光栅占宽比不同，全息光栅的衍射效率等性质也不同。然而采用全息干涉记录手段的方式制备全息光栅，占宽比一般只能控制在0.2～0.6范围之间。原因在于：利用全息干涉记录手段方法在制备全息光栅的过程中，随着曝光时间的增加，全息光栅的占宽比随之减小，这个过程也会导致光栅槽型地不断变化，由于干涉条纹的暗条纹中心和两边的曝光量不同，随着曝光时间的增加，光栅的波峰变得越来越窄(即光栅的线宽越来越小)，光栅周期不变的情况下，光栅的占宽比也就随之越来越小；而当使得占宽比(线宽与周期之比)小于0.2时，全息光栅沟槽将发生坍塌，光栅形貌无法保留。因此传统的全息干涉记录手段方法制备的全息光栅很难得到小于0.2占宽比的全息光栅。目前，为了得到小占宽比的光栅，已有的方法有离子束刻蚀法、利用导波耦合角度法等，但是，离子束刻蚀法需要增加额外的设备，大大增加了制备成本；利用导波耦合角度实时控制光刻胶版光栅掩模的占宽比的方法，制备工艺复杂，不易于实现。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种更简单快速、更容易实现、成本低的用全息干涉记录手段制备小占宽比全息光栅的方法。
一种全息干涉记录手段制备小占宽比全息光栅的方法，包括下述步骤：
s1：用两入射的相干平行光对记录材料进行第一次曝光，入射角θ由下式确定：2sinθ＝λ/d，其中λ为记录光源的激光波长，d为光栅周期，所述记录材料为可形成浮雕状干涉条纹的记录干版，所述记录光源的波长为记录干版敏感的激光波长；
s2：在不改变记录光束的前提下，利用步进电机调整记录材料的位置，移动的距离由所需要得到的全息光栅占宽比决定；
s3：调整完成之后进行第二次曝光；
s4：两次曝光完成后进行显影，即得到所需的小占宽比全息光栅。
所述利用步进电机调整记录材料的位置，包括利用步进电机水平移动记录材料的位置或垂直移动记录材料的位置，如果利用步进电机水平移动记录材料的位置，所述占宽比与记录材料水平移动距离之间的关系是：
所述的可形成浮雕状干涉条纹的记录干版可选用为光致抗蚀剂干版(简称光刻胶版)。
所述记录光源的波长为记录干版敏感的激光波长，如对于光刻胶版，可用he-cd激光器的442nm波长或者ar+激光器的458nm波长等。
在小占宽比全息光栅制成后，若要减少透射光以增加衍射效率，可在光栅表面镀一层反射膜。
本发明比离子束刻蚀法更容易实现，只比一般全息光栅(具有正弦槽型)的制备过程多了一次记录材料的移动以及二次曝光，可以利用原有制备一般全息光栅的设备进行小占宽比全息光栅的制备。与已有的方法相比，本发明所增加的曝光工序较简单，不仅对制备材料没有特殊要求，而且不需要增加额外的制备设备和特殊元件，因而简化了小占宽比全息光栅的制备过程，提高了制备速度，且降低了成本。
附图说明
图1为制备小占宽比全息光栅的第一次曝光时曝光路线；
图2为制备小占宽比全息光栅的通过水平移动后第二次曝光时曝光路线；
图3为制备小占宽比全息光栅的第一次曝光时曝光路线；
图4为制备小占宽比全息光栅的通过垂直移动后第二次曝光时曝光路线；
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
s1：用两入射的相干平行光对记录材料进行第一次曝光，入射角θ由下式确定：2sinθ＝λ/d，其中λ为记录光源的激光波长，d为光栅周期，所述记录材料为可形成浮雕状干涉条纹的记录干版，所述记录光源的波长为记录干版敏感的激光波长；
s2：在不改变记录光束的前提下，利用步进电机调整记录材料的位置，移动的距离由所需要得到的全息光栅占宽比决定；
s3：调整完成之后进行第二次曝光；
s4：两次曝光完成后进行显影，即得到所需的小占宽比全息光栅。
所述利用步进电机调整记录材料的位置，包括利用步进电机水平移动记录材料的位置或垂直移动记录材料的位置。
实施例一：水平移动步进电机，利用全息干涉记录手段二次曝光方法制备小占宽比全息光栅。首先，用两对称入射的相干平行光进行第一次曝光。曝光光路如图1所示，玻璃基板1上为光刻胶版2。与光刻胶版2的法线3具有相同的夹角θ的两相干平行光4和5入射到光刻胶版2上进行第一次曝光。夹角θ的数值应根据对光栅周期的要求来确定，可由以下公式算出：
2sinθ＝λ/d
其中λ是激光波长、d是光栅周期。曝光时间与所用的记录材料和激光光强有关，应通过实验来确定。显影后，在光刻胶版2的表面上，两相干光4和5重叠的区域即形成具有正弦槽型的全息光栅(光栅形状示于图2)。
然后，如图2所示，在不改变两相干平行光7和8的情况下，水平移动记录材料。使两相干平行光4和5入射到已形成正弦槽型的全息光栅的光刻胶版6上进行第二次曝光。所得到的占宽比与记录材料水平移动距离之间的关系是：
其中σ1是第一次曝光后的占宽比，l1是第一次曝光后的线宽，d1是第一次曝光后的光栅周期。σ2是第二次曝光后的占宽比，l2是第二次曝光后的线宽，d2是第二次曝光后的光栅周期，d是记录材料水平移动距离。
所述的可形成浮雕状干涉条纹的记录干版可选用为光致抗蚀剂干版(简称为光刻胶版)。
所述记录光源的波长为记录干版敏感的激光波长，如对于光刻胶版，可用he-cd激光器的442nm波长或者ar激光器的458nm波长等。
利用上述方法即可获得小占宽比的全息光栅，光栅制成后，若要减少透射光以增加衍射效率，可在光栅表面镀一层反射膜；对两次曝光中所用的平行光是如何产生的并没有光路限制，但要求两束光必须是相干光；为获得高质量的干涉效果，所有光束最好经过空间滤波。
实施例二：垂直移动步进电机，利用全息干涉记录手段二次曝光方法制备小占宽比全息光栅。首先，为了便于控制移动距离进而控制相位差从而得到我们想要的占宽比，采用一垂直入射平行光线3和一斜入射平行光线4，两束光线相干且夹角为2θ，进行第一次曝光。曝光光路如图3所示，玻璃基板1上为光刻胶2。夹角2θ的数值应根据对光栅周期的要求来确定，可由以下公式算出：
2sinθ＝λ/d
其中λ是激光波长、d是光栅周期。曝光时间与所用的记录材料和激光光强有关，应通过实验来确定。显影后，在光刻胶版的表面上，两相干光3和4重叠的区域即形成具有正弦槽型的全息光栅(光栅形状示于图4)。
然后，如图4所示，在不改变两相干平行光3和4的情况下，垂直移动记录材料。使两相干平行光3和4入射到已形成正弦槽型的全息光栅的光刻胶5上进行第二次曝光。两入射光线的占宽比与记录材料垂直移动距离之间的关系是：
其中σ1是第一次曝光后的占宽比，l1是第一次曝光后的线宽，d1是第一次曝光后的光栅周期。σ2是第二次曝光后的占宽比，l2是第二次曝光后的线宽，d2是第二次曝光后的光栅周期，d是记录材料垂直移动距离。
两入射光线的相位差与记录材料垂直移动距离之间的关系是：
其中δ是两入射平行光的相位差，δ是两入射平行光的光程差，d是记录材料垂直移动距离。
所述的可形成浮雕状干涉条纹的记录干版可选用为光致抗蚀剂干版(简称光刻胶版)。
所述记录光源的波长为记录干版敏感的激光波长，如对于光刻胶版，可用he-cd激光器的442nm波长或者ar+激光器的458nm波长等。
利用上述方法即可获得小占宽比的全息光栅；光栅制成后，若要减少透射光以增加衍射效率，可在光栅表面镀一层反射膜；对两次曝光中所用的平行光是如何产生的并没有光路限制，但要求两束光必须是相干光；为获得高质量的干涉效果，所有光束最好经过空间滤波。
本发明比离子束刻蚀法更容易实现，只比一般全息光栅(具有正弦槽型)的制备过程多了一次记录材料的移动以及二次曝光，可以利用原有制备一般全息光栅的设备进行小占宽比全息光栅的制备。与已有的方法相比，本发明所增加的曝光工序较为简单，不仅对制备材料没有特殊要求，而且不需要增加额外的制备设备和特殊元件，因而简化了小占宽比全息光栅的制备过程，提高了制备速度，且降低了成本。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。