[发明专利]一种纳米激光器激光合束器件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备激光合束器件的方法，尤其涉及纳米激光器激光合束器件的制备方法。

背景技术

1960年第一台红宝石激光器的诞生是20世纪最重要的发明之一。半个多世纪以来，激光器正朝着更小体积、更快调制速度、更大功率、更高效率、更低成本等方向飞速发展。2001年，美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员在只有人类头发丝千分之一大小的纳米光导线上制造出世界上最小的激光器-氧化锌纳米激光器。这是纳米技术诞生以来的一项重大实际应用。这类纳米激光器在信息传输的光互连、生物探测、医疗、纳米光刻加工、数据存储等领域有着广泛的应用前景。

但目前报道的纳米激光器大多普遍存在损耗高、功率低等问题，使其在应用方面受到一定的限制。随着研究的深入，发现仅仅利用单一纳米激光器来实现高功率是非常困难的。因此，为了获得高功率的激光，采用激光合束的方法是一条较好且实用的途径。传统激光合束主要是基于物质对光的色散作用，并且多利用棱镜或者光栅的色散作用来实现激光合束的目的。而针对纳米激光器与新型人工材料结构的激光合束研究报道几乎没有。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对单个纳米激光器激光功率有限的不足，通过构建人工材料结构实现对激光的空间耦合、传输，进而实现多束激光的合束来提高纳米激光器的激光功率。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种纳米激光器激光合束器件的制备方法，利用多层膜减薄技术与涂覆多层膜技术制备纳米激光器激光合束器件的方法，包括下列步骤：

步骤（1）、在已制备得到的曲面沟槽上沉积多层膜，共沉积5-20组，每组由2层膜层组成，每层膜厚=15-30nm，所述多层膜总厚度为150-1200nm，其中金属Ag层和SiO₂层交替沉积；

步骤（2）、在曲面多层膜上采用涂覆、固化的方法进行平坦化，控制平坦化之后的平面高低起伏<10nm，表面粗糙度RMS<2nm；

步骤（3）、对步骤（2）中得到平坦化之后的结构进行多层膜减薄（刻蚀）工艺，通过控制离子束刻蚀机的束流大小、入射角度、气体流量与基底温度等工艺条件，使减薄之后的曲面多层膜的深度<50nm；

步骤（4）、在步骤（3）中得到的减薄之后的曲面多层膜上涂布一层可固化的溶胶层，溶胶层在表面张力与重力的双重作用下会在曲面多层膜里形成弧面结构，经加热或紫外光照射处理后溶胶层固化；所述溶胶层的厚度为2nm至100nm；

步骤（5）、在步骤（4）中得到的溶胶层上沉积一层金属Ag膜层，所述金属Ag膜层的厚度为2nm至100nm；

步骤（6）、在步骤（5）中所沉积的金属Ag层上交替涂覆固化溶胶层和沉积Ag膜层，得到溶胶层和Ag层交替组成的多层弧面膜层，直到将凹槽填平，即制备得到这种纳米激光器激光合束器件。

所述步骤（1）中所制备的曲面多层膜可以通过磁控溅射镀膜、真空蒸发蒸镀、电子束蒸发镀膜，也可以采用混合方式镀膜。

所述步骤（2）中采用的平坦化材料可以为紫外光刻胶、压印胶也可以为PMMA等聚合物。

所述步骤（3）中打平工艺可以利用RIE、IBE或ICP来实现。刻蚀所选气体可以是SF₆、CHF₃或Ar。

所述步骤（4）中涂覆的溶胶层包括SOG或PMMA。

所述步骤（5）中沉积的金属Ag膜可以利用真空蒸发沉积也可以利用磁控溅射沉积。

所述步骤（6）中溶胶层与Ag层交替组成的多层弧面膜层的层数为1-20层。

本发明与现有技术相比所具有的优点是：

本发明可以克服现有单个纳米激光器激光功率有限的不足，通过构建人工材料结构实现对激光的空间耦合、传输，进而实现多束激光的合束来提高纳米激光器的激光功率，同时，所制备的纳米激光器激光合束器件具有结构紧凑、性能稳定、容易加工等特点，在一定程度拓展了现有激光合束技术应用范围。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为制备的曲面多层膜结构示意图；

图3为平坦化之后的结构示意图；

图4为减薄后的曲面多层膜结构示意图；

图5为涂覆一层溶胶层后的结构示意图；

图6为在溶胶层上沉积一层金属Ag层结构示意图；

图7为反复涂覆溶胶层-沉积Ag层得到的纳米激光器激光合束器件结构示意图；

图8为设计的激光合束器件对365nm激光的合束效果模拟光场分布图；