利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗及其制备方法技术

一种利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗，由多个刻蚀有金属网栅的透明介质基板重叠，在透明介质基板表面上由上至下刻蚀有导电金属网栅层和铁磁金属网栅层。本发明专利技术利用飞秒激光直写深刻蚀加工技术在涂附有光刻胶的透明介质基板表面刻蚀出方格、圆环、菱形以及六边形等金属网栅图案，然后在刻蚀好的基板上镀一层金属镍或铁等铁磁金属薄膜，镍层上镀一层金或银等优良导电金属薄膜，再将其置于有机溶剂中去除光刻胶以及不需要的金属部分得到金属网栅。制成的金属网栅不易剐蹭脱落，使用寿命长。将铁磁材料与导电金属材料结合起来，可在低频电磁波段到高频电磁波段的宽波段发挥屏蔽作用，具有强电磁屏蔽、可见以及红外光高透过的特点。

Multilayer metal grid electromagnetic shielding window etched by femtosecond laser and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗及其制备方法
本专利技术涉及新型透明电磁干扰屏蔽材料
，具体是一种利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗。
技术介绍
随着电视、广播、微波技术以及无线通讯技术的发展，电磁污染不仅对精密电子仪器设备造成干扰，还对人体健康产生不可忽略的负面影响。这种看不见，摸不着的电磁污染已经成为继大气污染、水污染、固体废弃物染污以及噪声污染之后的第五大污染。电磁屏蔽技术(吸收以及反射)是解决电磁污染的主要措施，近年来，电磁干扰屏蔽技术受到了人们的广泛关注。现代社会中，透明电磁屏蔽体在军事、民用以及医疗等方面的应用范围广泛，包括高端医疗设备观察窗、精密通讯设备屏蔽元件、超精细监控设备观察窗口、飞行器以及航空武器光学窗、先进光学仪器窗口等。这些精密仪器以及设备对于外界电磁干扰都异常敏感，这就要求透明电磁屏蔽提在保持可见光以及红外光高度透过的情况下，需要具备优异的电磁屏蔽性能。但是透明电磁干扰屏蔽体既要有高透光率又具有高的电磁屏蔽效率，目前对大多数仪器设备来说都是一个巨大的挑战。目前，电磁屏蔽光窗采用传统的方格型金属网栅，但由于金属网栅周期与线宽之间存在的固有矛盾，难以实现同时具有强电磁屏蔽效率以及高的光学透过率。另外，传统的金属网栅电磁屏蔽光学窗的金属网栅层是镀制在透明介质基板的表面，容易被剐蹭脱落，使用寿命短。除此之外，大多数金属网栅电磁屏蔽光窗针对的波段是微波波段，金属网栅使用具有高电导率的优良导电金属材料，这种金属网栅只能针对高频微波具有很好的屏蔽效果。对于高频电磁波来说，它的能量主要是电场能量为主，因此可利用优良电导体形成的金属网栅将入射电磁波反射或散射到自由空间中。但是对于低频电磁波来说，例如几十兆赫兹的电磁波，用良导体形成的金属网栅屏蔽效果不是很明显，因为低频电磁波的能量以磁场能量为主，具有高电导率的金属网栅对磁场能量屏蔽并不是很理想，这就限制了其在低频到高频电磁波这一宽波段进行电磁屏蔽。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，增强透明电磁屏蔽光窗的屏蔽效果，实现可见以及红外高透过性能，解决现有金属网栅不能很好地低频电磁波段的问题，本专利技术提供一种利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗。本专利技术的技术解决方案如下：一种利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗，其特点在于：所述的电磁屏蔽光窗由多个刻蚀有金属网栅的透明介质基板重叠，在透明介质基板表面上由上至下刻蚀有导电金属网栅层和铁磁金属网栅层。所述的导电金属网栅层和铁磁金属网栅层的形状采用周期性方格、圆环、菱形、六边形中的一种或者几种，网栅的周期为几百微米，线宽为数微米级别，线宽与周期的比值小于0.1，且各个网栅单元之间相互连接不断开。所述的导电金属网栅层采用金、银、铜、铝等磁导率为1，且电导率107S/m的优良导体金属中的一种或者几种。所述的铁磁金属网栅层采用镍、铁、钴等磁导率远大于1的铁磁金属中的一种或者几种。所述的透明介质基板采用石英玻璃、红外玻璃、透明陶瓷、硫化锌、PET和PMMA等透明高聚合物中的一种或者几种，厚度为毫米数量级。所述的置于最下层的透明介质基板的两个上下表面均要刻蚀以及镀制金属网栅层。由单层金属网栅构成的透明介质基板的可见以及红外透过率大于90％。该电磁屏蔽光窗能够在低频(包括兆赫兹及兆赫兹以下频段)至高频(吉赫兹及吉赫兹以上频段)均能起到优异的电磁屏蔽效果。一种利用飞秒激光刻蚀的制备多层金属网栅电磁屏蔽光窗的方法，其特点在于，包括如下步骤：①清洗透明介质基板后在该透明介质基板的表面涂覆光刻胶；②采用飞秒激光直写加工方法在涂覆有光刻胶的透明介质基板聚焦，用烧蚀法在光刻胶上刻蚀出微米级网栅形状，并且在透明介质基板表面也刻蚀出槽状结构；③采用磁控溅射或者电子束蒸发在光刻好的透明介质基板表面镀制一层铁磁金属薄膜,厚度为数百纳米至数微米级别；④采用磁控溅射或者电子束蒸发在镀制完成的铁磁金属薄膜上面沉积一层导电金属薄膜，厚度为数百纳米至数微米级别；⑤将镀完金属膜的透明介质基板置于丙酮或N-甲基吡咯烷酮(NMP)等有机溶剂中超声加热去除残留的光刻胶以及不需要的金属部分，得到完成的金属网栅。还包括步骤⑥利用光学粘合剂将制造好的多个金属网栅的透明介质基板热压成型构成多层金属网栅电磁屏蔽光窗。对于双层金属网栅可在透明介质基板两个上下表面制造金属网栅层，对于双层以上的金属网栅利用光学粘合剂将多层具有金属网栅的透明介质基板粘合在一起，且最底层的透明介质基板上下两表面均要刻蚀以及镀制金属网栅。本专利技术利用飞秒激光直写加工技术，制成的金属网栅层质量优秀，不易脱落。另外将高磁导率的铁磁材料与高导电率的金属材料结合起来，可屏蔽低频电磁波段到高频电磁波段的宽波段，具有强电磁屏蔽、可见以及红外光高透过的特点。本专利技术产生良好的有益效果主要集中在同时具有高的可见以及红外透光率、强电磁屏蔽效果，屏蔽带覆盖从低频到高频的宽波段。另外本专利技术制造的金属网栅不易脱落，使用寿命长。具体如下：首先，利用飞秒激光刻蚀的金属网栅线宽只有数微米，网栅的周期设置为几百微米，保持金属网栅的线宽与周期的比值远小于0.1，可保证可将以及红外光的高透过率，同时实现对电磁波的屏蔽作用。其次，由电磁屏蔽原理可知，加厚金属屏蔽材料的厚度可以在一定程度上提高对入射电磁波的屏蔽，因此在这里沉积的高磁导率以及高电导率的金属网栅的厚度由几百纳米到几微米，这种厚度的金属网栅沉积在介质基板的表面的话，会很容易脱落，影响其使用寿命。解决这种问题的方法是，采用飞秒激光在透明介质基板表面下聚焦，采用深刻工艺，在透明介质基板上刻蚀出槽状结构，这样镀制的金属薄膜会沉积在槽状结构里面，不易被剐蹭脱落，延长金属网栅使用寿命。将高磁导率金属材料与高电导率金属材料结合起来，利用导磁金属材料以及导电金属材料对低频和高频电磁波的高效屏蔽作用，实现了从低频到高频电磁波的过渡。具有金属网栅的透明介质基板重叠之后构成的电磁屏蔽光窗，可以进一步提高对入射电磁波的屏蔽作用。空间中的电磁波入射到电磁屏蔽光窗界面时，首先被第一层金属网栅反射掉一部分到自由空间中，还有一部分会渗透过金属网栅，进入屏蔽体内部，进入的那部分电磁波会在多层金属网栅之间多次来回反射，从而增强对电磁波的反射，提高其屏蔽效率。构建的多层金属网栅电磁光窗的金属网栅层数越多，屏蔽效率越大，但会造成可见以及红外光透过率的下降，因此在金属网栅层数的选择上应该考虑到屏蔽效率与透光率之间的平衡。综上所述，本专利技术具有的可见以及红外光高透性、低频到高频的宽波段高效电磁屏蔽效率、不易脱落、使用寿命长是本专利技术最为突出的特点。附图说明图1是利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗的剖面示意图。图2是利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗的单层方格形金属网栅的三维示意图。图3是利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗的方格形金属网栅单元排布示意图。图4是利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗的圆环形金属网栅单元排布示意图。图5是利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗的菱形金属网栅单元排布示意图。图6是利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗的六边形金属网栅单元排布示意图。图7是利用飞秒激光刻蚀的双层方格金属网栅电磁屏蔽光窗的剖面示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗，其特征在于：所述的电磁屏蔽光窗由多个刻蚀有金属网栅的透明介质基板重叠，在透明介质基板表面上由上至下刻蚀有导电金属网栅层和铁磁金属网栅层。

【技术特征摘要】
1.一种利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗，其特征在于：所述的电磁屏蔽光窗由多个刻蚀有金属网栅的透明介质基板重叠，在透明介质基板表面上由上至下刻蚀有导电金属网栅层和铁磁金属网栅层。2.根据权利要求1所述的利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗，其特征在于：所述的导电金属网栅层和铁磁金属网栅层的形状采用周期性方格、圆环、菱形、六边形中的一种或者几种，网栅的周期为几百微米，线宽为数微米级别，线宽与周期的比值小于0.1，且各个网栅单元之间相互连接不断开。3.根据权利要求1或2所述的利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗，其特征在于：所述的导电金属网栅层采用金、银、铜、铝等磁导率为1，且电导率107S/m的优良导体金属中的一种或者几种。4.根据权利要求1或2所述的利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗，其特征在于：所述的铁磁金属网栅层采用镍、铁、钴等磁导率远大于1的铁磁金属中的一种或者几种。5.根据权利要求1或2所述的利用飞秒激光刻蚀的多层金属网栅电磁屏蔽光窗，其特征在于：所述的透明介质基板采用石英玻璃、红外玻璃、透明陶瓷、硫化锌、PET和PMMA等透明高聚合物中的一种或者几种，厚度为毫米数量级。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：董红星，张亚强，张龙，姜雄伟，牟南历，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31