[发明专利]光刻和湿法刻蚀相结合制备双面随机微透镜阵列的方法

说明书

本发明提供了一种光刻和湿法刻蚀相结合制备双面随机微透镜阵列的方法，包括：设计两个图案呈镜像对称的掩模版，利用高精度激光直写技术制备设计的掩模版，在双面抛光的玻璃基材的正反两侧镀铬膜层作为湿法刻蚀的掩蔽层，将光刻胶上的图案及对准标记传递到该侧铬膜层，在此过程中需要对玻璃基材的另一侧的铬膜层进行保护，将基材放入HF溶液中进行刻蚀，在玻璃基材一侧形成随机矩形分布的微透镜阵列结构；在另一侧铬膜层表面旋涂光刻胶，利用双面曝光技术进行曝光，将掩模版上的图案传递到光刻层，再次将基材放入去铬液中使光刻胶图案转移到铬膜层；完成双面随机微透镜阵列的制备。打破微透镜阵列的周期性，消除干涉的影响获得高均匀性的匀化光斑。

技术领域

本发明涉及激光光束匀化领域，具体涉及一种光刻和湿法刻蚀相结合制备双面随机微透镜阵列的方法。

背景技术

近年来，激光发展迅速，被应用于多个领域，它被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”，它有很多其他光源无法代替的优点，包括单色性好、亮度高、光束准直性好、寿命长、能耗低、绿色环保等优点。在一些应用情况下，需要对激光进行匀化处理，将高斯分布的激光整形成均匀的平顶光。实现激光光束匀化的方法有很多，比如非球面透镜组法、自由曲面透镜法，这两种方法虽然能得到光斑均匀性高达90％，可应用于宽波段，但是它实现不了微型化、集成化，因此在微系统中无法应用。还可以利用光学衍射元件实现激光光束匀化，但是该结构一般不能适用于宽波段，只能适用于单波长的系统中，限制其应用范围。微透镜阵列实现激光光束匀化，近年来得到关注，因为它不仅可以实现激光光束匀化，还可以实现微型化、集成化、低损耗，应用于宽波段的系统，在使用不同波长的激光器时不用单独设计光学器件，节省成本。但是周期的微透镜阵列在对高相干性的激光光束进行匀化时，会出现干涉条纹甚至点阵现象。

发明内容

本发明要解决技术问题是：克服现有激光光束匀化无法同时实现系统小型化、集成化、应用于宽波段等不足，提出一种利用光刻技术和湿法刻蚀相结合制备双面随机微透镜阵列的方法，获得更高的光斑均匀性。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

光刻和湿法刻蚀相结合制备双面随机微透镜阵列的方法，包含以下步骤：

步骤(1)、设计两个图案呈镜像对称的掩模版，掩模版图案为随机矩形排布的微孔，并在掩模版图案边缘设计一套十字对准标记，一个掩模版上为粗线宽十字丝，另一个掩模版上为细线宽十字丝；

步骤(2)、利用高精度激光直写技术制备设计的掩模版；

步骤(3)、在双面抛光的玻璃基材的正反两侧镀铬膜层作为湿法刻蚀的掩蔽层；

步骤(4)、在玻璃基材一侧的铬膜层表面旋涂光刻胶，并通过曝光、显影等工艺将带有粗线宽十字丝对准标记掩模版上的图案及对准标记传递到光刻胶层；

步骤(5)、利用去铬液对携带有光刻胶图案信息的铬膜层进行化学反应，将光刻胶上的图案及对准标记传递到该侧铬膜层，在此过程中需要对玻璃基材的另一侧的铬膜层进行保护，避免该侧铬膜层与去铬液反应；

步骤(6)、将基材放入HF溶液中进行刻蚀，HF溶液从铬膜层图案微孔中渗透侵蚀玻璃基材，在玻璃基材一侧形成随机矩形分布的微透镜阵列结构；

步骤(7)、在另一侧铬膜层表面旋涂光刻胶，利用双面曝光技术进行曝光，曝光过程中，选用带有细线宽十字丝对准标记的掩模版，将细线宽的十字丝标记对准到粗线宽的十字丝内，实现两个呈镜像对称的掩模版图案的精确对准，再进行显影等操作，将掩模版上的图案传递到光刻层；

步骤(8)、再次将基材放入去铬液中使光刻胶图案转移到铬膜层；

步骤(9)、最后，将制备完成的随机微透镜阵列保护起来，再将基材放入HF溶液中进行刻蚀，在基材另一侧形成第二面的随机矩形排布的微透镜阵列结构，最终完成双面随机微透镜阵列的制备。