斜齿光栅的制备方法技术

本发明专利技术提供一种斜齿光栅的制备方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
斜齿光栅的制备方法


[0001]本专利技术属于光学元件
，尤其是涉及斜齿光栅的制备方法
。

技术介绍

[0002]斜齿光栅是一种具有周期性空间结构的高性能光学元件，其主要功能是将光线有效地耦合到光学光导中
。
与传统的衍射光栅不同，斜齿光栅的凹槽是以特定角度倾斜且相互平行排列的，这个角度被称为斜角
。
斜齿光栅在光谱学
、
激光束引导和电信等多个领域具有广泛的应用
。
其中，在虚拟现实（
VR
）和增强现实（
AR
）领域，斜齿光栅的应用尤为重要
。AR
技术通过将计算机生成的虚拟信息叠加到真实世界场景中，改善了人们与真实和数字世界的互动方式
。
这创造了超越现实的感官体验，具有巨大的未来应用和市场潜力
。
基于光栅衍射的衍射光学波导通常由图像显示源
、
投影对准系统和带有输入耦合和输出耦合光栅的平面波导组成
。
图像显示源产生的光经过投影对准系统的整流，然后通过光栅耦合到光波导中
。
当光到达输出耦合光栅时，它沿着波导传播并从波导中衍射出来，进入人眼中
。
同时，现实世界的光也可以进入人眼，从而产生将虚拟信息叠加在真实世界上的效果
。
[0003]随着技术的进步，斜齿光栅的加工方法也得到了改进
。
最初，光栅的制造是通过在玻璃平面上使用金刚石刀进行机械划槽来实现的<br/>。
然而，近几十年以来，集成电路制造业和微纳加工技术的进步促使出现了新的加工方法，可以制造出线密度更高
、
图案更复杂的衍射光栅
。
[0004]目前，制造斜齿光栅的方法主要包括应用法拉第笼进行反应离子刻蚀以及应用离子束刻蚀和反应离子束刻蚀
。
然而，应用法拉第笼进行反应离子刻蚀的方法需要特定的设备，并且仅适用于小范围的斜齿光栅批量加工
。
另一方面，应用离子束刻蚀结合反应离子束刻蚀可以实现大范围的斜齿光栅结构加工，但操作十分复杂
。
[0005]尽管这两种方法在制造传统材料光栅（如二氧化硅，折射率
n=1.5
）时被广泛应用，但由于刻蚀方法的局限性，难以应用于某些特殊材料
。
近年来，纳米压印方法被提出用于大规模制造高折射率斜齿光栅
。
该方法通过在树脂中填充高折射率材料纳米颗粒（如二氧化钛，
TiO2
）来实现高折射率，进而进行批量生产
。
然而，该方案中纳米颗粒的填充程度需要严格控制，而且压印模板的使用寿命有限，图案转移过程可能存在一定的缺陷
。
[0006]申请人申请的公告号为
CN115598755A
的专利文献公开了一种高折射率斜齿光栅的制备方法，包括：
S1
，在光栅衬底上形成种子层图案，种子层图案图案为若干周期性间隔设置的线条；
S2
，在种子层图案上利用掠射角沉积技术沉积一层斜齿光栅结构材料
。
步骤
S1
具体包括：
a101
，在光栅衬底上旋涂一层电子束抗蚀剂；
a102
，利用电子束曝光在电子束抗蚀剂层上形成设计图案；
a103
，曝光结束后在室温下进行显影；
a104
，利用反应离子刻蚀将电子束抗蚀剂层上的设计图案转移至光栅衬底，形成种子层图案；
a105
，利用等离子体去除残余的电子束抗蚀剂
。
步骤
S1
具体包括：
b101
，在光栅衬底上旋涂一层压印材料；
b102
，利用压印模板对压印材料进行纳米压印，形成若干周期间隔设置的线条；
b103
，利用等离子体去除压印材料，直到线条之间的压印材料被去除
,
得到压印图案；
b104
，利用反应离子刻蚀将
压印图案上的设计图案转移至光栅衬底，形成种子层图案；
b105
，利用等离子体去除残余的压印材料
。
[0007]该申请将倾斜角沉积技术（
GLAD
）用于高折射率斜齿光栅的制造
。
解决了应用法拉第笼进行反应离子刻蚀以及应用离子束刻蚀和反应离子束刻蚀实现斜齿光栅结构的斜齿光栅制造方法难以应用于某些特殊材料，应用纳米压印方法制造特殊材料斜齿光栅结构的斜齿光栅制造方法纳米颗粒填充的程度需要严格控制
、
且压印模板也有相应的使用寿命
、
图案转移过程中可能存在一定的缺陷的技术问题
。
同时，由于该工艺直接使用相应的蒸镀材料进行沉积而非进行纳米颗粒植入，因此不用担心影响材料的散射率
。
[0008]为进一步提高斜齿光栅的折射率，本专利技术对上述技术方案作出了改进
。

技术实现思路

[0009]本专利技术旨在为进一步提高斜齿光栅的折射率，提供一种斜齿光栅的制备方法
。
[0010]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：斜齿光栅的制备方法，包括以下步骤：
S1
，选择石英玻璃作为基底，在基底表面使用电子束蒸镀技术沉积一薄膜材料；
S2
，在薄膜材料上形成种子层图案，种子层图案图案为若干周期性间隔设置的线条；
S3
，利用倾斜角沉积技术，在形成的种子层上沉积一层具有斜齿结构的材料作为掩模；
S4
，倾斜样台，并进行离子束刻蚀，通过控制倾斜角度，使离子束与斜齿结构掩模平行入射；
S5
，去除掩模，得到最终的斜齿光栅
。
[0011]作为一种优选的技术方案，步骤
S2
具体包括：
A201
，在薄膜材料上旋涂一层电子束抗蚀剂；
A202
，利用电子束曝光在电子束抗蚀剂层上形成设计图案；
A203
，曝光结束后在显影液里进行显影；
A204
，通过电子束蒸镀技术沉积一层种子层材料，并在有机溶剂中进行剥离，形成种子层图案
。
[0012]作为一种优选的技术方案，步骤
S2
具体包括：
B201
，在薄膜材料上旋涂一层压印材料；
B202
，利用压印模板对压印材料进行纳米压印，形成若干周期性间隔设置的线条；
B203
，利用等离子体去除压印材料，直到线条之间的压印材料被去除，得到压印图案；
B204
，通过电子束蒸镀技术沉积一层种子层材料，并在有机溶剂中进行剥离，形成种子层图案
。
[0013]作为一种优选的技术方案，步骤
S2
中，所述薄膜材料为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
斜齿光栅的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1
，选择石英玻璃作为基底，并在基底表面使用电子束蒸镀技术沉积一层薄膜材料；
S2
，在薄膜材料上形成种子层图案，种子层图案图案为若干周期性间隔设置的线条；
S3
，利用倾斜角沉积技术，在形成的种子层上沉积一层具有斜齿结构的材料作为后续刻蚀的掩模；
S4
，倾斜样台，并进行离子束刻蚀，通过控制倾斜角度，使离子束与斜齿结构掩模平行入射；
S5
，去除掩模，得到最终的斜齿光栅
。2.
根据权利要求1所述的斜齿光栅的制备方法，其特征在于，步骤
S2
具体包括：
A201
，在薄膜材料上旋涂一层电子束抗蚀剂；
A202
，利用电子束曝光在电子束抗蚀剂层上形成设计图案；
A203
，曝光结束后在显影液里进行显影；
A204
，通过电子束蒸镀技术沉积一层种子层材料，并在有机溶剂中进行剥离，形成种子层图案
。3.
根据权利要求1所述的斜齿光栅的制备方法，其特征在于，步骤
S2
具体包括：
B201
，在薄膜材料上旋涂一层压印材料；
B202
，利用压印模板对...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晨旭，潘艾希，朱效立，崔波，
申请(专利权)人：杭州探真纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：