[发明专利]基于热感生电场诱导流变直写的光栅制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于热感生电场诱导流变直写的光栅制造方法。

背景技术

光栅由平行排列的多条栅线构成的光学器件，广泛应用在光学系统中，作为核心器件发挥着色散、偏振、分束等重要作用。尤其是在高端精密制造装备中，已广泛应用于精密位移测量、角度测量。其是数控加工、微电子制造等高端装备制造领域的核心器件。

随着微纳加工技术的不断进步，光栅的工作波长从微米级已经发展到亚微米甚至纳米级，现有技术中，光栅的制作方法包括机械刻划、纳米压印、全息光刻、X射线和电子束光刻、UV-LIGA制造等。机械刻划技术制作光栅，栅线密度无法提得太高，且由于附加切削力的影响，容易造成光栅刻划质量下降；纳米压印具有高分辨率、高可控性、低成本的优点，但在加工过程中压印辊的旋转周期会存在狭缝区域，图形连续性遭到破坏，大量程光栅的加工速度难以提升；全息光刻系统非常昂贵、复杂，制备纳米图案的光刻工艺条件苛刻；X射线和电子束光刻制作的光栅面积小、成本高、制作周期较长，难以实现大面积、高效率的光栅制造；利用UV-LIGA技术制备光栅，光栅胶膜显影困难，光栅结构栅条线宽与电镀之前胶模沟槽线宽存在尺寸偏差，印制成品率低，成型速度慢，生产周期长，特别是在光刻工艺的曝光环节中，曝光剂量会极大的影响曝光质量，容易出现胶模倒塌、脱落、显影结构变形粘连等现象，在微细电铸过程中存在光栅结构粘连，印制成品率低的问题；传统光栅制造工艺的局限性导致的尺寸和精度不足，已经无法满足各领域对高精度的光栅的需求。

专利CN103900480A中，提出了一种利用电纺直写技术的光栅尺制造装置及其方法，但是该方法需要预先对光栅基底进行镀铬，然后电纺栅线图案作为保护层，且仍然需要附加的化学腐蚀过程，将不需要的部分腐蚀去除。该工艺具有以下缺点：

过程相对复杂，刻蚀过程需要额外的设备且化学腐蚀过程不环保；

且由于化学腐蚀本身工艺的局限性，其刻蚀精度受到侧蚀量、蚀刻速度等影响，要实现纳米精度刻蚀，效率低，难度大。

同时，由于没有给静电纺丝纤维添加保护层，在刻蚀过程中，容易将作为保护层的纤维和镀铬玻璃膜同时腐蚀，从而造成栅线边缘出现毛刺等不良影响，不能得到光滑平整的光栅栅线，甚至不能顺利获得栅线，极大地影响了光栅的光学性能，腐蚀工艺参数极难控制，产品的良品率低。

传统近场电纺直写采用“自上而下”的直写方式，喷头在上方，被直写基材在下方，溶液液滴悬挂在喷口处，在电场力作用下形成泰勒锥，当电场力和重力的合力突破液滴的表面张力后，形成射流，利用射流进行直写。

但是，形成射流的电压阀值较高，较难准确匹配电压值、供液流量、射流流速、基板运动速度之间的最优关系，当关系不匹配时，容易造成泰勒锥变大、不稳定，从而给射流的精确定位沉积造成困难；且射流在运动过程中容易受多方面因素干扰，容易出现不稳定现象；再者，由于惯性、重力等因素影响，难以实现快速有效的射流启动和停止，给工业化应用造成困难；传统近场电纺直写只适合于单喷头直写，效率低下，当采用多喷头直写时，喷头与喷头之间的电场干涉严重，如何实现多喷头射流沉积定位控制和高精度图案化仍然是个挑战。另外，由于近场电纺直写技术固有的技术局限性，掩膜的高精度、阵列图案化仍然难以解决。

发明内容

本发明的目的在于提供基于热感生电场诱导流变直写的光栅制造方法。

本发明所采取的技术方案是：

栅线掩膜制造装置，包括控制系统，热源，接收平台，热电材料，挤出平台，供液装置；

其中，控制系统分别与热源、接收平台、挤出平台、供液装置相连；

热源用于向热电材料提供热辐射以产生感生电场；

供液装置与挤出平台相连并用于向挤出平台提供流动态高分子材料；

挤出平台用于向接收平台输出流动态高分子材料；

接收平台用于接收流动态高分子材料。

所述的挤出平台上设有多个输出口。

所述的热电材料与挤出平台紧密相连。

所述的供液装置通过多个管道与挤出平台相连。

所述的接收平台为光栅母板。

基于热感生电场诱导流变直写的光栅制造方法，步骤为：

1）利用计算机辅助设计软件设计所需掩膜的微纳栅线几何图形结构，然后将该图形结构转换为轮廓数据和填充数据；

2）利用上述装置，控制系统控制热源开启，在热源辐射作用下，热电材料产生感生电场，同时，供液装置向挤出平台提供流动态高分子材料，流动态高分子材料在感生电场的作用下，流变拉伸，形成泰勒锥，泰勒锥尖端与光栅母板接触；