一种由聚甲基丙烯酸甲酯自组织形成光栅的方法及光栅技术

本发明专利技术属于光栅制造领域，特别涉及一种由聚甲基丙烯酸甲酯

【技术实现步骤摘要】
一种由聚甲基丙烯酸甲酯自组织形成光栅的方法及光栅


[0001]本专利技术属于光栅制造领域，特别涉及一种由聚甲基丙烯酸甲酯
(PMMA)
自组织形成光栅的方法及形成的光栅
。

技术介绍

[0002]光栅是由大量等宽等距狭缝构成的光学器件
。
当光通过光栅的任意一个狭缝时，都会在其后产生一个单缝衍射图样，各狭缝衍射的光是相干的，它们在相遇后又发生相干叠加，最终形成明暗相间的干涉条纹，即光栅衍射图样
。
单缝衍射决定了图样的光强分布，多缝干涉决定了图样的位置分布，光栅衍射图样的产生即单缝衍涉和多缝干涉共同作用的结果
。
用复色光照射光栅，不同波长的光会由于衍射角的不同而产生光栅光谱
。
[0003]光栅具有色散
、
分束
、
偏振和相位匹配等多种性质和功能，在集成光学
、
光学全息
、
光谱分析
、
信号处理
、
光束耦合与偏转等多个领域有着广泛应用
。
此外，光栅还可与光纤结合制成光纤光栅
、
与波导结合制成阵列波导光栅
、
与激光器结合形成强激光等
。
[0004]根据不同的制备方法可将光栅分为刻线光栅和全息光栅
。
刻线光栅是通过金刚石刀在基片上刻划出许多等距的刻痕来制备的
。
刻线光栅精度高
、
衍射效率高，但需要高精度的加工机械，存在加工价格昂贵，加工过程复杂
、
时间长等缺点
。
全息光栅是通过激光干涉形成的明暗条纹通过显影制成的，制备过程包括光刻板的制备
、
光刻胶涂覆和曝光
、
显影
、
蒸镀形成光栅等步骤
。
全息光栅的刻线数目很大，但也存在衍射效率较低
、
制备过程较繁琐
、
不能做低刻线等问题
。
总之，目前光栅的制备过程均存在一定缺点，其中最主要的就是制备工艺复杂
、
制备时间长
、
价格昂贵
、
不适合大众化的应用等不足
。
如何快速
、
便捷地制备光栅器件，仍是目前面临的一个难题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一是提供一种由聚甲基丙烯酸甲酯自组织形成光栅的方法，通过自组织现象来生长光栅器件，自组织现象精确
、
快速，且可通过改变条件来控制，达到传统制备方法不能达到的效果
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种由聚甲基丙烯酸甲酯自组织形成光栅的方法，如下步骤：
[0007]S1、
将无水乙醇和去离子水按照
1:(1
‑
5)
的体积比混合搅拌，得到分散剂；在分散剂中加入直径为
50
‑
100nm
的
PMMA
微球，超声振荡分散均匀，制得浓度
0.3
‑
1wt
％的
PMMA
微球分散液；
[0008]S2、
将平整基片进行初步清洗，再使用等离子清洗机处理后备用；
[0009]S3、
将平整基片水平放置于真空手套箱中，加热至
40
‑
60℃
保持稳定，将
PMMA
微球分散液滴加至平整基片上，蒸发凝固形成光栅结构
。
[0010]作为由聚甲基丙烯酸甲酯自组织形成光栅的方法进一步的改进：
[0011]优选的，步骤
S1
中所述
PMMA
微球分散液的具体制备方法如下：先制备浓度为
10wt
％
、
直径为
50
‑
100nm
的
PMMA
微球乳液，然后再将分散剂和
PMMA
微球乳液按照
(27
‑
97):3
的体积比混合，超声振荡分散均匀
。
[0012]优选的，所述平整基片为玻璃片，尺寸为
3cm
×
3cm。
[0013]优选的，步骤
S2
中对平整基片初步清洗的方法如下：先用自来水和洗涤剂清洗去除平整基片表面的污渍，之后放置在
5wt
％的
NaOH
溶液中浸泡半小时，取出用去离子水冲洗，最后浸泡在无水乙醇中5‑
10
分钟后取出烘干待用
。
[0014]优选的，步骤
S2
中等离子清洗机的型号为
PLASMACLEANER PDC
‑
32G。
[0015]优选的，步骤
S2
中等离子清洗机处理的具体步骤如下：将初步清洗后的平整基片水平放置于等离子清洗机的载物平台上，打开真空泵，抽真空
15
‑
20
分钟之后再打开清洗开关，选择
Hi
挡位，等离子处理
15
‑
20
分钟后取出备用
。
[0016]优选的，步骤
S3
中平整基片的加热步骤具体如下：将加热板置于真空手套箱中，加热至
40
‑
60℃
保持稳定，将清洗后的平整基片水平置于加热板上预热至恒定温度
。
[0017]本专利技术的目的之二是提供一种上述任意一项所述的由聚甲基丙烯酸甲酯自组织形成光栅的方法制得的光栅
。
[0018]本专利技术相比现有技术的有益效果在于：
[0019]1)
自组织理论是一种研究复杂系统从无序自发运动到有序的科学理论
。
本专利技术提供了一种由聚甲基丙烯酸甲酯自组织形成光栅的方法，以聚甲基丙烯酸甲酯
(PMMA)
微球作为分散质，以水和乙醇作为分散剂，混合后滴加在玻璃基底上，并适度加热至蒸发，分散系在底部与顶部温差
、
表面张力以及蒸发现象的共同作用下发生对流，
PMMA
微球在这样的条件下发生自组织现象，最终在基底上得到了具有特殊形貌的
PMMA
薄膜
。
此特殊形貌中的大部分区域是接近于平行排列的条纹，其宽度在几微米到几十微米不等，条纹宽度可通过改变分散剂的比例
、
加热温度
、PMMA
浓度等得以控制
。
条纹上的
PMMA
微球会因漫反射变得不透光，
PMMA
自组织形成的
、
数条这样的平行狭缝，便构成了一种光栅结构
。
通过使用激光照射，得到了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种由聚甲基丙烯酸甲酯自组织形成光栅的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、
将无水乙醇和去离子水按照
1:(1
‑
5)
的体积比混合搅拌，得到分散剂；在分散剂中加入直径为
50
‑
100nm
的
PMMA
微球，超声振荡分散均匀，制得浓度
0.3
‑
1wt
％的
PMMA
微球分散液；
S2、
将平整基片进行初步清洗，再使用等离子清洗机处理后备用；
S3、
将平整基片水平放置于真空手套箱中，加热至
40
‑
60℃
保持稳定，将
PMMA
微球分散液滴加至平整基片上，蒸发凝固形成光栅结构
。2.
根据权利要求1所述的由聚甲基丙烯酸甲酯自组织形成光栅的方法，其特征在于，步骤
S1
中所述
PMMA
微球分散液的具体制备方法如下：先制备浓度为
10wt
％
、
直径为
50
‑
100nm
的
PMMA
微球乳液，然后再将分散剂和
PMMA
微球乳液按照
(27
‑
97):3
的体积比混合，超声振荡分散均匀
。3.
根据权利要求1所述的由聚甲基丙烯酸甲酯自组织形成光栅的方法，其特征在于，所述平整基片为玻璃片，尺寸为
3cm
...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁逸飞，李世佳，费广涛，许少辉，张敏，倪志龙，王彪，
申请(专利权)人：上海西源新能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：