二元光学元件的制造技术

二元光学元件的制造技术一．概述二元光学是基于光波衍射理论进展起来的一个兴光学分支元光学器件具有质量轻、易复制、造价低等特点，并能实现传统光学难以完成的微小阵列、息处理光纤通信及生物医学等现代国防要作用及宽阔前景。2080MIT林肯试验室领先提出，衍射光学元件的外表带有浮雕分层，故引出了“二元光学”的概念。随后加拿大、德国、俄罗斯等国也相继开展了这一领域的工作。2090年月初期，等方面取得了突破性进展。〔一〕二元光学元件的构造二元光学元件是以光的衍射理论和计算机技术作为设计根底1给出三种不同类型的二元光学元件剖面示意图。其中图a0，两个位相等级；b为多值型，包含有N=2n个位相等级〔图中n=2〕;c为混合型，它由一个折射光学元件和一个二元光学元件组合而成。图〔1〕〔〕〕〔〕混合型元件〔二〕二元光学元件特点和特点：高衍射效率雕构造。一般使用N 块模板可得到L〔=2N〕个位相等级，其衍射效率为=sin(/L)/(/L)2。当相位等级L16时，同轴理论衍射效率接近于100%。更多的设计自由度在传统的折射光学系统或镜头设计中只能通过转变面的曲率或使用不同的光学材料校功能光学元件，这是对光学设计的一次的变革。独特的色散性能方法已用于行的非球面设计和温度补偿等技术中。材料的可选择范围宽外，在光电系统材料选取中，一些红外材料，如ZnSe和Si等，由于它们具有一些不抱负的外应用中，可使用的光学成像波段展宽1000倍。适用范围广不仅用于可见光，而且用于微波，红外，紫外和射线等各种不同的波段。特别的光学功能振等特性。二元光学元件这些优良特性必将促进光学设计从折射向衍射进展艺发生深刻的变革，这势必会引发光学领域的的技术革命。随着二元光学技术的进展，二元光学元件已广泛用于光学传感，光通信，光计算存储，激光医学，消遣消费以及其他特别系统中。二．二元光学元件的制造工艺二元光学元件是一种纯位相型衍射光学元件几种。〔一〕然后通过反映离子蚀刻，制造出二元光学元件。二元振幅型掩模的制造N个等级，一般去N=2n。为制造出具有N个位相量化级的二元光学元件模板，必需产生一个二元振幅型掩模。以N=41号掩模板的透亮单元对应于位相值为3/2的像素，用于刻蚀两个深度单位；2号掩模板的透亮单元对应位相为/23/2的像素，用于刻蚀两个深度单位。通过两次重复套刻，可产生具有四个位相等级的台阶形构造2表示用两个掩模板产生四个位相等级的套刻过程。3所示。对振幅掩模板的曝光记录目前多数承受计算机掌握的图形发生器或光绘仪机。图〔2〕n=2,N=4图〔3〕振幅型掩模制造工艺母版的刻蚀加工在早期的微电子加工工艺中，始终沿用湿刻蚀方法〔即化学刻蚀，承受的刻蚀液主要有高氯酸，碳酸，高锰酸钾，铈硝铵等，湿刻蚀工艺本钱较低，但它的主要缺点是简洁产生元件；还有就是对环境的污染。因此近年来，湿刻蚀工艺已渐渐被等离子体干刻蚀所取代。渐渐剥离的方式将掩模图形复制到基外表上。〔二〕用薄膜沉积法制造二元光学元件的步骤如图4所示。首先在片基上涂布一层光致抗蚀剂，用接触复印法吧二元振幅掩模上的图案复制到抗蚀层上，如图4〔a〕所示；然后再真空中均匀蒸镀一层SiO ，掌握膜层的厚度，使其准确实现所要求的相移，见图4〔b〕;第2三步用碱性溶液去除抗蚀层，留下具有要求厚度的SiO 图形，如图4〔c〕,(d)所示。用多2个掩模重复上述步骤，就可以制造具有多位相等级的二元光学元件。图〔4〕〔〕在光致抗蚀剂层上形成图形〔b〕〔c〕〔d〕〔三〕1:1的比例记录亚微米级5喝一些外部设备掌握器组成。直接在晶片的透亮导电层〔In2O3〕上涂布电抗蚀剂，通过电EC-BES-40A0.25m，线条边缘粗糙度<0.05m15cm15cm范围内累计位置误差0.1m较长。图〔5〕电子束印刷系统原理框图(四)复制技术复制技术是二元光学元件制造的关键环节，已经进展的复制技术包括环氧树脂铸造，r溶胶铸造，模压，和全息复制方法等。下面以模压方法来说明在PMMA上复制二元光学元件的过程。图〔6〕模压复制原理61mmPMMA材料，上面掩盖要复制的二元光学133.322Pa1h内将温度由室温渐渐上升至140°C，恒温1h之后炉子断电，压力渐渐加大，温度渐渐降至室温，在最终将母版剥离，就得到复制品。用这种方法复制的透镜阵列衍射效率可到达91%，且光学质量始终。它的缺点是保真度稍差，特别微细的构造不简洁复制，且图〔6〕模压复制原理另一种具有进展前途的复制方法是光学塑料的注射成型用这种方法复制的光学元件其特征尺寸可以小到1 m，且环境稳定性比模压零件更好。三．二元光学元件的应用二元衍射光学是光学领域的学科,二元光学元件可以完成用传统的光学元件难以处理的工作,它能实现传统光学难以完成的微型、阵列、集成及任意波面变换等功能,目前正在进展的一代,致力于多层或三维集成微光学,在成像和简单的光互连中