[发明专利]一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法

说明书

本发明公开了一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法，根据目标三维旋转对称微结构(31)的中心剖面面形函数、光刻胶的曝光显影模型以及曝光剂量的旋转积分模型，设计二维掩模图形编码，并利用激光直写技术制作掩模(1)；在基底(2)表面均匀涂覆一层光刻胶(3)；调整掩模与基底及其表面的光刻胶在分离一定间隙的情况下保持严格的平行；控制掩模相对基底按照设定的角速度做同轴旋转运动，同时利用紫外光(4)对掩模进行面曝光；经过显影，获得三维旋转对称微结构。通过掩模的图形调制和曝光能量旋转积分的共同作用，使光刻胶上形成特定的连续曝光剂量分布，可以实现三维旋转对称微结构的一体化成型，降低了技术复杂度和制作成本，提高了加工精度和效率。

技术领域

本发明属于微纳光学技术领域，具体涉及一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法。

背景技术

衍射光学元件相比传统光学元件而言，具有微型化、阵列化和集成化的显著优势，被广泛地应用在现代光学各研究领域中。其中，具有三维旋转对称微结构的衍射光学元件，如：用于聚焦成像的谐衍射透镜、环形分布的柱透镜阵列、生成涡旋光束的螺旋相位器等，具有独特的光学性能和卓越的光学质量，成为近年来研究的热点。

现有的三维旋转对称微结构的制备技术，如：多层掩模套刻曝光技术，需要进行多次掩模对准曝光和离子束刻蚀工艺，才能近似加工曲面面形，工艺流程复杂、加工效率低下；激光直写灰阶曝光技术，采用单点曝光的方式完成灰阶曝光工艺，加工周期极长，且加工设备非常昂贵。

以上因素限制了具有三维旋转对称微结构的衍射光学元件在光学领域的广泛应用，因此发展一种技术原理简单易行、制作效率高、加工成本低的三维旋转对称微结构的制作方法是迫切需要的。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法：根据目标三维旋转对称微结构的中心剖面面形函数、光刻胶的曝光显影模型以及曝光剂量的旋转积分模型，设计二维掩模图形编码，并利用激光直写技术制作掩模；在基底表面均匀涂覆一层光刻胶；调整掩模与基底及其表面的光刻胶在分离一定间隙的情况下保持严格的平行；控制掩模相对基底按照设定的角速度做同轴旋转运动，同时利用紫外光对掩模进行曝光；经过显影，获得三维旋转对称微结构。与现有加工方法相比，本发明通过掩模的图形调制和曝光能量旋转积分的共同作用，使光刻胶上形成特定的连续曝光剂量分布，可以实现三维旋转对称微结构的一体化成型，降低了技术复杂度和制作成本，提高了加工精度和效率。

本发明通过以下技术方案进行实施：一种制作三维旋转对称微结构的一体化成型方法，包括以下步骤：

步骤1、根据目标三维旋转对称微结构的中心剖面面形函数、光刻胶的曝光显影模型以及曝光剂量的旋转积分模型，设计二维掩模图形编码，并利用激光直写技术制作掩模；

步骤2、在基底表面，均匀涂覆一层光刻胶；

步骤3、调整掩模与基底及其表面的光刻胶在分离一定间隙的情况下，保持严格的平行；

步骤4、控制掩模相对基底及其表面的光刻胶按照设定的角速度做同轴旋转运动，同时利用紫外光对掩模进行面曝光；

步骤5、经过显影，获得三维旋转对称微结构。

其中，所述步骤4中，经过掩模的图形调制和曝光能量旋转积分的双重作用，紫外光使光刻胶上形成特定的连续曝光剂量分布，经显影后即可获得目标微结构，从而实现三维旋转对称微结构的一体化成型。

其中，所述步骤5中，根据实验结果反馈的实测面形与理想面形之差，对步骤1中掩模的图形编码进行优化设计，并且重复步骤1到步骤5，可以实现三维旋转对称微结构的面形高精度控制。

本发明的优点在于：

(1)本发明通过掩模相对基底旋转曝光的方法，可以实现三维旋转对称微结构的一体化成型，技术原理简单易行，加工效率高。