[发明专利]一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法

说明书

一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法，首先利用全息离子束刻蚀方法在熔石英基底上制作亚波长光栅模板；在亚波长光栅模板上滴少许PUA紫外压印胶，然后将PET薄膜盖到PUA上，利用紫外光照射PUA使其固化，将固化后的PUA与光栅模板分离，得到亚波长光栅软模；光束采样光栅的表面清洗后，在上面旋涂PMMA压印胶，将亚波长光栅软模覆盖到PMMA上面，软模光栅条纹方向与光束采样光栅条纹方向可以平行、垂直或者成角度，用夹持机构将两者压紧，放到烘箱中加热固化，将亚波长光栅软模和基底分离，在PMMA上形成亚波长光栅；然后利用氧等离子体灰化去除PMMA光栅的底层残余胶，利用到底的PMMA亚波长光栅掩模，使用CHF₃反应离子束刻蚀，最后清洗去除残余胶，即得到具有增透减反效果的光束采样光栅。

技术领域

本发明涉及一种光学元件表面的增透减反方法，特别是关于强激光系统中光束采样光栅的光栅面的增透减反方法。

背景技术

光束采样光栅是强激光系统中用于诊断入射光束的能量、功率及空间分布等的一类光学元件。对于诊断的入射波长351nm，其-1级衍射光聚焦在光强探测器表面，衍射效率约0.2％，由探测器测量结果推算入射光的相关特征。

在强激光系统中，需要采用大量的光学元器件，因此在这种复杂的光学系统中，光学元件表面对光束的反射是不容忽视的，直接造成能量的损失，且反射的光可能会对光路中的其他光学器件造成影响，因此对光学元件表面进行减反处理至关重要。对于熔石英光学元件，一般其表面的反射率约3.5％，若经过10次界面反射，其能量损失达30％。在强激光系统中，光学元件的激光损伤阈值有比较高的要求，通常使用的离子束溅射薄膜减反层并不适用，因为其降低了光学元件的损伤阈值，因此现在普遍采用的是二氧化硅溶胶-凝胶减反膜，在光学表面上形成一层具有气孔结构的二氧化硅薄膜，配合深度的选择达到增透减反的效果。二氧化硅溶胶-凝胶可以用旋涂、提拉或者弯月面等方式涂覆在光学表面，适用于大尺寸的光学器件，而且具有跟基底同级别的激光阈值。

然而二氧化硅溶胶-凝胶减反膜由于其疏松多孔的结构，会吸附环境中的有机物造成自身的污染，导致透过率和损伤阈值的严重下降。吸附的有机物会改变自身的折射率(等效折射率)，如果在光束采样光栅面上使用该减反膜会改变-1级衍射效率及整体的均匀性，从而导致诊断的不准确，因此实际使用中，光束采样光栅只有背面涂减反膜，而光栅面则不做处理。

目前强激光系统中采用的减反方案是使用的溶胶凝胶薄膜，但是该薄膜容易受到污染，从而导致透过率及激光损伤阈值的下降，且污染后折射率发生变化，若使用在光束采样光栅的光栅表面，会带来诊断的不准确。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法，以解决目前减反膜存在的性能及稳定性问题。

本发明提出了一种用于强激光系统中光束采样光栅的增透减反方法，在光束采样光栅的光栅面上制作亚波长光栅结构，达到增透减反的效果。其包括以下步骤：

(1)在基底上旋涂光刻胶，然后利用波长为413.1nm的Kr⁺离子激光器进行全息曝光，得到亚波长光栅的光刻胶掩模，线密度在4500lines/mm以上，占宽比0.3～0.5，再利用CHF₃反应离子束刻蚀，深度为100～200nm，最后清洗去除残余光刻胶得到亚波长光栅模板；

(2)清洗好亚波长光栅模板后，在上面滴聚氨酯丙烯酸酯(PUA)紫外压印胶，然后静置，使PUA填充模板，期间使用热台加热至50℃，可更充分的填充模板，然后将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜盖到PUA上，从一侧到另一侧慢慢贴合，保证模板、PUA、PET能充分贴合；最后利用紫外光照射PUA，使PUA固化，PET薄膜与PUA的接触面须进行灰化处理，以增强其表面的附着力；

(3)将固化后的PUA与光栅模板分离，由于PET的表面结合力强，因此PUA与PET结合在一起，形成亚波长光栅软模；