[发明专利]反射式光栅光阀及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种反射式光栅光阀及其加工方法，属于一种光电技术领域。

背景技术

高解析度激光雕刻装备广泛用于高品质印刷和防伪包装领域，具有解析度高、扫描速度快等特点。激光雕刻装备一般采用微机电加工的多路光调制器件，要求该器件具有高的光效率、消光比和响应速度。现有技术的微机电加工的多路光调制器件主要有两种。

其一是基于悬臂梁或绞链结构的光偏转器件，典型的为Texas Instruments公司的DMD器件。DMD器件的转镜的偏转量较大，且悬臂梁和绞链结构的固有频率低，因此DMD器件的响应频率一般低于100kHz。

其二是基于衍射效应的光栅光阀器件，典型的为Silicon Light Machine公司的光栅光阀(GLV)。光栅光阀(GLV)由固定光栅条和可移动光栅条组成，依靠静电驱动改变可移动光栅条的形状，对入射光的强度和反射方向进行控制以实现调制。其对每路光的调制均需通过驱动多个可移动光栅条变形，使固定光栅条与可移动光栅条的反射光之间产生相位差，从而发生衍射现象来实现。因此，尽管该器件的制作采用技术成熟的光刻以及干湿法刻蚀方法，但由于其光栅条的尺寸小、精度高，因此加工工艺仍显复杂，成品率较低。同时，光栅光阀(GLV)的光效率和消光比较低，使用其零级光时，消光比较低；使用其一级光时，其一级光束的能量均低于50％，光效率较低。

发明内容

为了满足高解析度激光雕刻装备对多路光调制器件的技术要求，克服现有微机电加工的光栅光阀器件的不足，本发明由可移动光栅条、二氧化硅层、以及硅基底组成，可移动光栅条在静电驱动下发生变形，形成柱面镜，对入射光实现反射，目的在于提供一种具有高光效率、高消光比和高响应速度，而且加工工艺简单的反射式光栅光阀器件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的反射式光栅光阀：它主要由硅基底、二氧化硅层和可移动光栅条组成，所述的硅基底上设有二氧化硅层，在二氧化硅层上设有多个可移动光栅条，所述的可移动光栅条间相互平行且等间隔布置，可移动光栅条呈中间悬空的桥梁状，其两端分别固定于二氧化硅层上。

所述的可移动光栅条由氮化硅梁和金属反射层构成，氮化硅梁采用低应力氮化硅材料制成，其上设有既作为反射层以增大可移动光栅条的反射度、同时也作为其上电极的金属反射层。

所述氮化硅梁的厚度为100-200nm，宽度为25-100μm，长度为150-300μm；氮化硅梁与二氧化硅层之间的中间悬空间距为0.5-1μm；所述金属反射层的材料选用金属铝或金属银构成，其厚度为50-100nm，宽度为25-100μm，长度为150-300μm；相邻两个可移动光栅条之间的距离为0.5-1μm。

所述的硅基底的厚度为200-350μm；所述二氧化硅层的厚度为0.6-0.8μm。

一种如上所述的反射式光栅光阀的加工方法，该加工方法包括以下步骤：

1)、在硅基底上生长二氧化硅层，在二氧化硅层上生长硅牺牲层，在硅牺牲层上生长氮化硅层；

2)、用离子蚀刻法对氮化硅层进行离子蚀刻，留下氮化硅梁部分；

3)、用化学腐蚀法对牺牲层进行腐蚀，掏空牺牲层，得到中间悬空、两端固定在二氧化硅层上的氮化硅梁；

4)、在氮化硅梁的表面蒸镀一层金属反射层。

本发明具有如下有益技术效果：

1、采用可移动光栅条反射法，光效率和消光比高；

2、每个可移动光栅条调制一路光，减少了光栅条的数量，降低了驱动电路的复杂度、以及加工和封装的难度；

3、由于形成有效柱面镜所需的可移动光栅条的变形非常小，且低应力氮化硅材料的弹性模量高，热膨胀系数低，因此器件的驱动电压低，响应快，可耐受的光强高；

4、可移动光栅条数量可达512以上，可同时对512路以上的光进行控制，成像速度快；

5、光斑尺寸小，且呈正方形，成像质量高。

因此本发明可应用于高品质印刷和防伪包装领域的高解析度激光雕刻装备，作为其多路光调制器件。

附图说明

图1为本发明的立体示意图；

图2(a)为本发明未加电时的截面示意图；

图2(b)为本发明加电时的截面示意图；

图3为本发明加工方法的流程图；

图4为本发明应用实施例激光雕刻装备的光学原理示意图。