一种基于离子注入的折射率调控光栅及制造方法与流程

本发明涉及光学，尤其是一种基于离子注入的折射率调控光栅及其制造方法。

背景技术：

1、衍射光栅是一种具有周期性结构的光学元件，通常由制备在光栅基底或光学膜层上的一系列周期结构组成，这些结构的材料特性和形状决定了光栅的性能。

2、当平行光束照射到衍射光栅上时，光波会与光栅结构发生相互作用。由于光栅结构产生的光程差，光波将发生干涉和衍射，形成一系列亮暗相间的衍射级。这些级别对应于不同的衍射角度，其中某些角度会强化衍射，而其他角度则导致相消干涉。由于具备更高的相位调控自由度，相比于单一材料结构的衍射光栅，具备折射率调控特性的光栅结构可以提升光栅的光学特性，在更宽波段、更复杂偏振态条件下实现特定的衍射特性。

3、目前用于制造衍射光栅的主要方法是基于光刻胶掩膜的反应离子刻蚀或反应离子束刻蚀，制备完成后的光栅结构主要为单一种类材料。如果利用多层膜结构实现折射率调控光栅制备，在刻蚀环节将面临多种材料的刻蚀工艺优化，工艺实现难度较大。

技术实现思路

1、本发明的发明目的在于：针对上述现有技术中存在的不足，针对折射率调控光栅的制备难题，本发明公开一种基于离子注入的折射率调控光栅及其制造方法，可以避免多层膜层结构刻蚀，利用单层结构刻蚀结合离子注入完成折射率调控光栅制备。

2、一方面，本发明提供了一种基于离子注入的折射率调控光栅制造方法，利用喷涂或旋涂方式制备光刻胶涂层，利用微纳图形制备技术光刻胶光栅掩模，利用反应离子束刻蚀或者反应离子刻蚀将掩模图形转移至光栅基底或者膜层中，最后利用离子注入完成深度调控折射率分布光栅制备。

3、另一方面，本发明还提供了一种基于离子注入的折射率调控光栅，所述光栅是利用本发明提供的基于离子注入的折射率调控光栅制造方法制造得到的。

4、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

5、现有技术实现光栅结构层的折射率调控通常需要多层刻蚀，而本申请采用离子注入技术对光栅结构进行折射率调节，同时基于单层刻蚀所形成的光栅结构可实现对折射率的非均匀调控，通过规避多层膜刻蚀简化了制备流程，由于少了多层刻蚀的复杂性，制备过程更为一致，减少了可能出现的误差，有助于提高产品的质量、可靠性及生产效率。

技术特征：

1.一种基于离子注入的折射率调控光栅制造方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于离子注入的折射率调控光栅制造方法，其特征在于，所述步骤s02中的光刻胶光栅掩膜的制备方法还包括光刻法、干涉曝光法或电子束曝光法。

3.根据权利要求1所述的基于离子注入的折射率调控光栅制造方法，其特征在于，还包括：所述光栅基底为平面光栅基底或曲面光栅基底。

4.根据权利要求1所述的基于离子注入的折射率调控光栅制造方法，其特征在于，所述光栅基底的材料为石英、蓝宝石或碳化硅。

5.根据权利要求1所述的基于离子注入的折射率调控光栅制造方法，其特征在于，所述光栅基底的表面镀制增透膜、反射膜或其他膜层，膜层材料为氧化物或金属。

6.根据权利要求1所述的基于离子注入的折射率调控光栅制造方法，其特征在于，步骤s04中所述离子注入所使用的离子为氟离子、铜离子或镍离子。

7.根据权利要求1所述的基于离子注入的折射率调控光栅制造方法，其特征在于，在步骤s01中，在光栅基底制备光刻胶涂层之前，还需要先对光栅基底进行清洗处理。

8.根据权利要求1所述的基于离子注入的折射率调控光栅制造方法，其特征在于，步骤s03中的刻蚀过程完成后，利用湿法清洗或等离子清洗方式去除剩余光刻胶掩模图形。

9.一种折射率调控光栅，其特征在于，所述折射率调控光栅由权利要求1至8中任一项所述的基于离子注入的折射率调控光栅制造方法制造而成。

10.如权利要求9所述的一种折射率调控光栅，其特征在于，所述折射率调控光栅的光栅周期为778nm，光栅结构深度为436m。

技术总结
本发明公开了一种基于离子注入的折射率调控光栅及制造方法，涉及光学技术领域。该折射率调控光栅制造方法利用喷涂或旋涂方式制备光刻胶涂层，利用微纳图形制备技术光刻胶光栅掩模，利用反应离子束刻蚀或者反应离子刻蚀将掩模图形转移至光栅基底或者膜层中，最后利用离子注入完成深度调控折射率分布光栅制备。本发明采用离子注入技术对光栅结构进行折射率调节，基于单层刻蚀所形成的光栅结构可实现对折射率的非均匀调控，通过规避多层膜刻蚀简化了制备流程，由于少了多层刻蚀的复杂性，制备过程更为一致，减少了可能出现的误差，有助于提高产品的质量、可靠性及生产效率。

技术研发人员：张明骁,迭俊珲,乔曌,熊秉诚,吕亮,邱服民,彭东旭,蒲云体
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院激光聚变研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4