基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置，该装置包括He‑Cd激光器，光电快门，扩束器，半波片，分束器，平面反射镜，棱镜，折射率匹配油，衬底和非对称金属包覆介质波导。He‑Cd激光器发射的325nm激光束，通过光电快门后，经扩束器扩束，经半波片改变偏振方向，得到TM或TE偏振光，再由分束器分成两束强度相等的相干光，两束光通过平面反射镜反射后，经棱镜耦合后辐照非对称金属包覆介质波导，激发波导中的高阶导模，高阶导模干涉场曝光正性光刻胶，经后续工艺处理，可制备出多层亚波长结构。本实用新型专利技术可有效调控制备的多层亚波长结构的层数和周期，成本低廉、操作简单、产出高，在微纳光学领域具有广泛应用。

Multilayer asymmetric metal clad dielectric waveguide subwavelength structure based on thewritten device

The utility model discloses a multi-layer asymmetric metal clad dielectric waveguide subwavelength structure. The device comprises a He device based on Cd laser, optical shutter, beam expander, half wave plate, beam splitter, plane mirror, prism, refractive index matching oil, substrate and non symmetrical metal cladding optical waveguide. He Cd laser 325nm laser beam through the optical shutter, the beam expander beam expansion, the half wave plate to change the direction of polarization, TM or TE polarized, coherent light by the beam splitter into two beams of equal intensity, light beams through the plane reflector, through the prism coupling after non irradiation symmetrical metal cladding optical waveguide excitation, high order modes in waveguides, high order modes interference field exposure of positive photoresist, the follow-up process, can be prepared by multi-layer subwavelength structures. The utility model can effectively control the layers and cycles of the multi-layer subwavelength structure controlled by the utility model. The utility model has the advantages of low cost, simple operation and high output, and is widely applied in the field of micro nano optics.

【技术实现步骤摘要】
基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置
本技术属于导模干涉刻写制备微纳结构
，特别涉及基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置。
技术介绍
微纳结构在物理，材料，医学等领域都具有重要应用。目前制备微纳结构的光刻技术主要包括聚焦离子束光刻、电子束曝光光刻、X射线光刻，极紫外光刻，表面等离子体干涉光刻技术等等。但这些光刻技术都存在一定的不足，主要包括：1、成本高，X射线光刻，极紫外光刻这两种光刻仅所需光源本身的成本就很高昂。电子束曝光光刻设备价格高昂且维护费用高。2、操作复杂，对操作环境要求非常苛刻。聚焦离子束光刻，电子束曝光光刻都是需要真空环境下操作。表面等离子体干涉光刻在实验上只能使用薄光刻胶，而在实验上旋涂薄光刻胶是比较困难的。3、刻写制备的产品多为单层结构，很难实现多层亚波长结构的制备。如，表面等离子体干涉光刻技术，一般只能刻写单层的亚波长光栅结构。
技术实现思路
本技术的目的是提供基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置，以克服上述光刻技术中的不足，实现多层亚波长结构的刻写，同时降低光刻的成本和操作难度。为实现上述目的，本技术所采用的技术方案是：基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置，包括He-Cd激光器、光电快门、短焦距透镜、长焦距透镜、半波片、分束器、平面反射镜A、平面反射镜B、棱镜、折射率匹配油、衬底、Al膜和正性光刻胶；所述He-Cd激光器为光源；所述光电快门用于控制是否曝光以及曝光时间；所述短焦距透镜与长焦距透镜组成扩束器；所述折射率匹配油将棱镜与衬底粘结；所述非对称金属包覆介质波导由Al膜、正性光刻胶和空气组成；所述Al膜通过电子束蒸镀到衬底上，所述正性光刻胶通过匀胶法旋涂到Al膜上；激光从所述He-Cd激光器射出后，经过光电快门，之后经过扩束器被扩束，被扩束的光经过可以改变激光偏振方向的半波片后得到激发高阶导模所需的TM或TE偏振光，再经过分束器被分为两束相同强度的相干光，并沿不同方向出射，最后通过平面反射镜A、平面反射镜B反射在棱镜上，并通过棱镜耦合后，以激发高阶导模的激发角辐照非对称金属包覆介质波导，从而激发两束方向相反的高阶导模，高阶导模的干涉场曝光正性光刻胶，经显影、定影后续工艺处理后，即可得到相应的多层亚波长结构。进一步而言，所述的He-Cd激光器作为激发高阶导模的激发光源，其发射的激光束波长为325nm。进一步而言，扩束器由两个焦距不同的短焦距透镜、长焦距透镜组成，以使He-Cd激光器发出的激光束被扩束，进而高阶导模干涉场曝光正性光刻胶时可以增大曝光面积，实现大面积刻写。进一步而言，半波片用来调节激光束的偏振，当使用TE导模干涉刻写多层亚波长结构时，调节半波片，使入射激光束成为TE偏振光；当使用TM导模干涉刻写多层亚波长结构时，调节半波片，使入射激光束成为TM偏振光。进一步而言，非对称金属包覆介质波导由Al膜、正性光刻胶和空气三层结构组成；Al膜通过电子束蒸镀在衬底上，正性光刻胶通过匀胶法旋涂在Al膜上。进一步而言，通过选择非对称金属包覆介质波导中的不同高阶导模，可以实现各种多层亚波长结构的刻写制备。进一步而言，制备多层亚波长结构所需的高阶导模，可以通过正性光刻胶的厚度、激光的偏振进行有效选择。进一步而言，刻写多层亚波长结构的光刻胶为正性光刻胶。本技术技术方案的原理为：由He-Cd激光器发出的325nm波长的激光，通过控制曝光时间的光电快门，经扩束器进行扩束后，通过半波片改变激光的偏振方向，得到所需的TM或TE偏振光，再由分束器分成两束强度相等的相干光，分别通过平面反射镜A、平面反射镜B反射后，经棱镜耦合并以相同的高阶导模的激发角辐照非对称金属包覆介质波导。激发的两束沿相反方向传播的高阶导模相互干涉，产生多层亚波长周期的干涉光场，进而曝光正性光刻胶，经后续显影、定影等工艺处理，便可制备出多层亚波长结构。本技术基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置，具有如下优点：1、成本低，该装置基于非对称金属包覆介质波导激发高阶导模干涉曝光刻写制备多层亚波长结构，是一种无掩模的光刻技术，且使用的光学元件少、成本低，故可总体降低光刻的成本。2、操作简单，由于使用的光学元件少，且光路简单，可以实现操作简单的光刻技术。3、产出高，由于光路简单，易操作，无需真空条件，故可以提高产出率。4、制备产品多样，通过使用厚度不同的正性光刻胶和选取不同的导模可以刻写制备出多种层数和多种周期的亚波长结构。5、大面积，由于使用了扩束器对激光束扩束，所以制备的多层亚波长结构是大面积的。附图说明图1是本技术基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置示意图；图2是非对称金属包覆介质波导示意图；图3是利用TE4导模刻写的多层亚波长结构的平行于激光入射面的截面示意图；图4是利用TM4导模刻写的多层亚波长结构的平行于激光入射面的截面示意图；图5是利用TE5导模刻写的多层亚波长结构的平行于激光入射面的截面示意图；图1中：1、He-Cd激光器，2、光电快门，3、短焦距透镜，4、长焦距透镜，5、半波片，6、分束器，7、平面反射镜A，8、平面反射镜B，9、棱镜，10、折射率匹配油，11、衬底，12、Al膜，13、正性光刻胶。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细描叙，附图中相同的标号始终表示相同的部件。如图1所示，本技术是基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置示意图，包括He-Cd激光器1、光电快门2、短焦距透镜3、长焦距透镜4、半波片5、分束器6、平面反射镜A7、平面反射镜B8、棱镜9、折射率匹配油10、衬底11、Al膜12和正性光刻胶13，其中：He-Cd激光器1作为激发高阶导模的激发光源，发射325nm波长的激光。光电快门2用来控制是否曝光及曝光时间。短焦距透镜3、长焦距透镜4组成扩束器，对He-Cd激光器1发射的激光束进行扩束，以增大曝光面积，实现大面积刻写。半波片5用来改变从扩束器射出的激光偏振方向，得到激发高阶导模所需的TE或TM偏振光。分束器6将从半波片5出射的TE或TM偏振光分为两束强度相等的相干光。平面反射镜A7、平面反射镜B8，把通过分束器射出的两束TE或TM偏振光反射到棱镜上。可以通过改变两平面反射镜的位置来改变两束偏振光入射到棱镜时的角度。棱镜9用来耦合激发非对称金属包覆介质波导中的高阶导模。折射率匹配油10用于粘结棱镜和衬底。衬底11是与棱镜相同材料的玻璃片。Al膜12、正性光刻胶13、空气组成非对称金属包覆介质波导，Al膜12通过电子束蒸镀到衬底11上，正性光刻胶13通过匀胶法旋涂在Al膜12上。高阶导模的干涉场曝光正性光刻胶13后，经后续显影、定影等工艺处理，最终制备出多层亚波长结构。下面结合具体实施例进行进一步说明：实施例1：参照图1所示的基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置，He-Cd激光器1发射波长为325nm的激光束，激光束通过光电快门2后，经短焦距透镜3、长焦距透镜4组成的扩束器后被扩束成大面积光束，通过改变激光偏振方向的半波片5，得到激发高阶导模TE4的TE偏振光，再被分束器6分为两束强度相同的相干光，两束光从两个方向射出，最后本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置，其特征在于，包括He‑Cd激光器(1)、光电快门(2)、短焦距透镜(3)、长焦距透镜(4)、半波片(5)、分束器(6)、平面反射镜A(7)、平面反射镜B(8)、棱镜(9)、折射率匹配油(10)、衬底(11)、Al膜(12)和正性光刻胶(13)；所述He‑Cd激光器(1)为光源；所述光电快门(2)用于控制是否曝光以及曝光时间；所述短焦距透镜(3)与长焦距透镜(4)组成扩束器；所述折射率匹配油(10)将棱镜(9)与衬底(11)粘结；所述非对称金属包覆介质波导由Al膜(12)、正性光刻胶(13)和空气组成；所述Al膜(12)通过电子束蒸镀到衬底(11)上，所述正性光刻胶(13)通过匀胶法旋涂到Al膜(12)上；激光从所述He‑Cd激光器(1)射出后，经过光电快门(2)，之后经过扩束器被扩束，被扩束的光经过可以改变激光偏振方向的半波片(5)后得到激发高阶导模所需的TM或TE偏振光，再经过分束器(6)被分为两束相同强度的相干光，分别通过平面反射镜A(7)、平面反射镜B(8)反射在棱镜(9)上，并通过棱镜(9)耦合后，以激发高阶导模的激发角辐照非对称金属包覆介质波导，从而激发两束方向相反的高阶导模，高阶导模的干涉场曝光正性光刻胶(13)，经显影、定影后续工艺处理后，即可得到相应的多层亚波长结构。...

【技术特征摘要】
1.基于非对称金属包覆介质波导的多层亚波长结构刻写装置，其特征在于，包括He-Cd激光器(1)、光电快门(2)、短焦距透镜(3)、长焦距透镜(4)、半波片(5)、分束器(6)、平面反射镜A(7)、平面反射镜B(8)、棱镜(9)、折射率匹配油(10)、衬底(11)、Al膜(12)和正性光刻胶(13)；所述He-Cd激光器(1)为光源；所述光电快门(2)用于控制是否曝光以及曝光时间；所述短焦距透镜(3)与长焦距透镜(4)组成扩束器；所述折射率匹配油(10)将棱镜(9)与衬底(11)粘结；所述非对称金属包覆介质波导由Al膜(12)、正性光刻胶(13)和空气组成；所述Al膜(12)通过电子束蒸镀到衬底(11)上，所述正性光刻胶(13)通过匀胶法旋涂到Al膜(12)上；激光从所述He-Cd激光器(1)射出后，经过光电快门(2)，之后经过扩束器被扩束，被扩束的光经过可以改变激光偏振方向的半波片(5)后得到激发高阶导模所需的TM或TE偏振光，再经过分束器(6)被分为两束相同强度的相干光，分别通过平面反射镜A(7)、平面反射镜B(8)反射在棱镜(9)上，并通过棱镜(9)耦合后，以激发高阶导模的激发角辐照非对称金属包覆介质波导，从而激发两束方向相反的高阶导模，高阶导模的干涉场曝光正性光刻胶(13)，经显影、定影后续工艺处理后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王向贤，王茹，陈宜臻，张东阳，庞志远，杨华，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：新型
国别省市：甘肃,62