一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法技术方案

一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法，首先利用全息离子束刻蚀方法在熔石英基底上制作亚波长光栅模板；在亚波长光栅模板上滴少许PUA紫外压印胶，然后将PET薄膜盖到PUA上，利用紫外光照射PUA使其固化，将固化后的PUA与光栅模板分离，得到亚波长光栅软模；光束采样光栅的表面清洗后，在上面旋涂PMMA压印胶，将亚波长光栅软模覆盖到PMMA上面，软模光栅条纹方向与光束采样光栅条纹方向可以平行、垂直或者成角度，用夹持机构将两者压紧，放到烘箱中加热固化，将亚波长光栅软模和基底分离，在PMMA上形成亚波长光栅；然后利用氧等离子体灰化去除PMMA光栅的底层残余胶，利用到底的PMMA亚波长光栅掩模，使用CHF3反应离子束刻蚀，最后清洗去除残余胶，即得到具有增透减反效果的光束采样光栅。

【技术实现步骤摘要】
一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法
本专利技术涉及一种光学元件表面的增透减反方法，特别是关于强激光系统中光束采样光栅的光栅面的增透减反方法。
技术介绍
光束采样光栅是强激光系统中用于诊断入射光束的能量、功率及空间分布等的一类光学元件。对于诊断的入射波长351nm，其-1级衍射光聚焦在光强探测器表面，衍射效率约0.2％，由探测器测量结果推算入射光的相关特征。在强激光系统中，需要采用大量的光学元器件，因此在这种复杂的光学系统中，光学元件表面对光束的反射是不容忽视的，直接造成能量的损失，且反射的光可能会对光路中的其他光学器件造成影响，因此对光学元件表面进行减反处理至关重要。对于熔石英光学元件，一般其表面的反射率约3.5％，若经过10次界面反射，其能量损失达30％。在强激光系统中，光学元件的激光损伤阈值有比较高的要求，通常使用的离子束溅射薄膜减反层并不适用，因为其降低了光学元件的损伤阈值，因此现在普遍采用的是二氧化硅溶胶-凝胶减反膜，在光学表面上形成一层具有气孔结构的二氧化硅薄膜，配合深度的选择达到增透减反的效果。二氧化硅溶胶-凝胶可以用旋涂、提拉或者弯月面等方式涂覆在光学表面，适用于大尺寸的光学器件，而且具有跟基底同级别的激光阈值。然而二氧化硅溶胶-凝胶减反膜由于其疏松多孔的结构，会吸附环境中的有机物造成自身的污染，导致透过率和损伤阈值的严重下降。吸附的有机物会改变自身的折射率(等效折射率)，如果在光束采样光栅面上使用该减反膜会改变-1级衍射效率及整体的均匀性，从而导致诊断的不准确，因此实际使用中，光束采样光栅只有背面涂减反膜，而光栅面则不做处理。目前强激光系统中采用的减反方案是使用的溶胶凝胶薄膜，但是该薄膜容易受到污染，从而导致透过率及激光损伤阈值的下降，且污染后折射率发生变化，若使用在光束采样光栅的光栅表面，会带来诊断的不准确。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法，以解决目前减反膜存在的性能及稳定性问题。本专利技术提出了一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法，在光束采样光栅的光栅面上制作亚波长光栅结构，达到增透减反的效果。其包括以下步骤：(1)在基底上旋涂光刻胶，然后利用波长为413.1nm的Kr+离子激光器进行全息曝光，得到亚波长光栅的光刻胶掩模，线密度在4500lines/mm以上，占宽比0.3～0.5，再利用CHF3反应离子束刻蚀，深度为100～200nm，最后清洗去除残余光刻胶得到亚波长光栅模板；(2)清洗好亚波长光栅模板后，在上面滴聚氨酯丙烯酸酯(PUA)紫外压印胶，然后静置，使PUA填充模板，期间使用热台加热至50℃，可更充分的填充模板，然后将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜盖到PUA上，从一侧到另一侧慢慢贴合，保证模板、PUA、PET能充分贴合；最后利用紫外光照射PUA，使PUA固化，PET薄膜与PUA的接触面须进行灰化处理，以增强其表面的附着力；(3)将固化后的PUA与光栅模板分离，由于PET的表面结合力强，因此PUA与PET结合在一起，形成亚波长光栅软模；(4)将光束采样光栅的表面清洗后，在上面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)压印胶，厚度为200～300nm；(5)将亚波长光栅软模覆盖到PMMA上面，软模光栅条纹方向与光束采样光栅条纹方向平行、垂直或者成角度，然后用夹持机构将软模光栅和光束采样光栅压紧，放到烘箱中加热至100-150℃固化，优选130℃；(6)将亚波长光栅软模和基底分离，在PMMA上形成亚波长光栅，然后利用氧等离子体灰化去除PMMA光栅的底层残余胶；(7)利用到底的PMMA亚波长光栅掩模，使用CHF3反应离子束刻蚀，刻蚀深度为70-80nm；(8)最后清洗去除残余胶，即得到具有增透减反效果的光束采样光栅。所述光束采样光栅和亚波长光栅结构是制作在基底的同一面，两光栅条纹方向可以垂直、平行或成角度。所述步骤(1)中，利用全息离子束刻蚀工艺制作具有周期结构的亚波长光栅减反结构，其尺寸可以达100×100mm2及以上。所述步骤(2)-(6)中，利用纳米压印的方法在具有微纳图形结构(如光束采样光栅槽形轮廓)的非平面光学表面制作亚波长光栅掩模。所述步骤(7)中，利用大尺寸反应离子束刻蚀机在已有图形结构(如亚波长光栅掩模)的光束采样光栅表面刻蚀亚波长光栅减反结构。本专利技术与现有技术相比的优点在于：目前强激光系统中采用的增透减反方案是使用的溶胶凝胶薄膜，但是该薄膜容易受到污染，从而导致透过率及激光损伤阈值的下降，且污染后折射率发生变化，若使用在光束采样光栅的光栅表面，会带来诊断的不准确。本专利技术提出一种在光栅基底上直接制作减反结构的方法，采取直接在光栅面上制作亚波长增透减反结构，这种结构不易被环境中的无机物污染，性能稳定，且减反结构材料与基底一致，因此，具有与基底同级别的激光损伤阈值，达到增透减反的效果，波长为351nm的入射光透过率平均值>95％，解决了溶胶凝胶薄膜存在的性能及稳定性问题。附图说明图1是增透光束采样光栅制作工艺流程图；图2是增透光束采样光栅制作示意图；图3是制作大尺寸增透光束采样光栅的拼接示意图。图中：1表示亚波长光栅模板；2表示PUA紫外压印胶；3表示PET薄膜；4表示亚波长光栅软模；5表示尺寸为100×100mm2的光束采样光栅；6表示PMMA压印光刻胶；7表示具有亚波长光栅图形的PMMA掩模；8表示灰化到底的亚波长光栅PMMA掩模；9表示具有亚波长光栅减反结构的光束采样光栅；10表示尺寸为430×430mm2的光束采样光栅。具体实施方式下面结合具体实施方式并对照附图对本专利技术做进一步的说明。实施例1：本具体实施方式是制作尺寸为100×100mm2的增透型光束采样光栅。包括以下具体步骤，如图1所示：(1)在尺寸为100×100mm2的熔石英基底上旋涂光刻胶，厚度在200nm。然后利用波长为413.1nm的Kr+离子激光器进行全息曝光，得到亚波长光栅的光刻胶掩模，线密度为4500lines/mm，占宽比控制0.3～0.5，再利用CHF3反应离子束刻蚀，深度为150nm，最后清洗去除残余光刻胶得到亚波长光栅模板1，如图2中的(a)所示。(2)清洗好亚波长光栅模板1后，在上面滴聚氨酯丙烯酸酯(PUA)紫外压印胶2，然后静置，使PUA填充模板，期间可以用热台加热到50℃左右，可更充分的填充模板。然后将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜3盖到PUA上，从一侧到另一侧慢慢贴合，保证模板、PUA、PET能充分贴合，如图2中的(b)所示。最后利用紫外光照射PUA，使其固化。PET薄膜与PUA的接触面须进行灰化处理，以增强其表面的附着力。(3)将固化后的PUA与光栅模板1分离，由于PET的表面结合力强，因此PUA与PET结合在一起，形成亚波长光栅软模4，如图2中的(c)所示。(4)清洗尺寸为100×100mm2的光束采样光栅5的表面，在上面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)压印光刻胶6，厚度为～250nm，如图2中的(d)所示。(5)将亚波长光栅软模4覆盖到PMMA上面，软模光栅条纹方向与光束采样光栅条纹方向可以平行、垂直或者成角度，如图2中的(e)所示。然后用夹持机构将两者压紧，放到烘箱中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法，其特征在于包括以下步骤：(1)在基底上旋涂光刻胶，然后利用波长为413.1nm的Kr

【技术特征摘要】
1.一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法，其特征在于包括以下步骤：(1)在基底上旋涂光刻胶，然后利用波长为413.1nm的Kr+离子激光器进行全息曝光，得到亚波长光栅的光刻胶掩模，线密度在4500lines/mm以上，占宽比0.3～0.5，再利用CHF3反应离子束刻蚀，深度为100～200nm，最后清洗去除残余光刻胶得到亚波长光栅模板；(2)清洗好亚波长光栅模板后，在上面滴上聚氨酯丙烯酸酯(PUA)紫外压印胶，然后静置，使PUA填充模板，期间使用热台加热，然后将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜盖到PUA上，从一侧到另一侧慢慢贴合，保证模板、PUA、PET能充分贴合；最后利用紫外光照射PUA，使PUA固化，PET薄膜与PUA的接触面须进行灰化处理，以增强其表面的附着力；(3)将固化后的PUA与光栅模板分离，由于PET的表面结合力强，因此PUA与PET结合在一起，形成亚波长光栅软模；(4)光束采样光栅的表面清洗后，在上面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)压印胶，厚度为200～300nm；(5)将亚波长光栅软模覆盖到PMMA上面，软模光栅条纹方向与光束采样光...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈火耀，刘颖，梁举曦，王宇，刘正坤，邱克强，徐向东，洪义麟，付绍军，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34