[发明专利]高精度模压的超构表面结构的硫系光学器件及其制备方法

说明书

本发明公开一种高精度模压的超构表面结构的硫系光学器件及其制备方法，方法包括：将设计的超构表面结构图形转移到模压模芯上；预处理硫系预型体；将预处理后的硫系预型体放入精密模压模具的下模芯中心位置，然后将下模芯套上模套，再将上模芯放入模套中；将精密模压模具放入模压设备中，进行缓慢升温；在温度升至硫系玻璃玻璃化转变温度以上预设温度时进行模压操作，将模芯上的超表面结构图形转移至硫系玻璃表面；保持压力及温度预设时间后；缓慢减小压力并降温；待温度低于硫系玻璃玻璃化转变温度停止施压；缓慢降温至出料温度，得到具有超构表面的硫系玻璃光学元器件。

技术领域

本发明属于纳米光子学元器件成形加工领域，尤其涉及基于硫系玻璃的超构表面光学元器件的高精度模压制备方法，具体为一种高精度模压的超构表面结构的硫系光学器件及其制备方法。

背景技术

随着人工智能、5G通讯以及高端芯片等信息技术的飞速发展，大容量大带宽的光学信息传输、处理和存储技术成为必然趋势，导致对高性能和高集成度的光学信息技术以及轻量化、微型化和集成化的纳米光学元器件的迫切需求，促使微纳尺度下的光场调控技术不断开发。

超构表面(Metasurfaces)是由亚波长尺度平面型人工原子按特定序构方式排列形成的二维超构材料。这类人工原子可视为局域的微纳光学天线，通过精心设计可实现对光波偏振、相位、振幅等局域特性的任意调控，从而构建新奇物理现象和微纳光学器件。由于超构表面具有高集成度、平面化、低损耗等优势，极大满足了人们对未来小型化、高集成、多功能光学器件的需求，截止目前已经从转角光学到连续体束缚态现象，从共振相位、几何相位、传输相位到迂回相位调控机制，从单一相位、多维度多参量到拓扑态调控技术，从全息图像、超构透镜到图像处理应用等多领域的应用。然而，目前超构表面光学元器件的制备均需采用CMOS兼容的微纳加工工艺，使得其制备工艺复杂、难以完成高深宽比结构、成品率不高、成本较高。

硫系玻璃是由元素周期表中第VIA族的S(硫)、Se(硒)、Te(碲)三种元素与其它如Ge(锗)、Ga(镓)、As(砷)、Sb(锑)等金属元素形成的一种无氧红外玻璃材料(光谱透过范围从可见至25μm)，相比于锗、硫化硒、硒化锌等晶体类材料具有热温系数低、易于制备、成本低等特点，可广泛应用于夜视枪瞄、汽车夜视、安防监控、红外测温等红外系统。由于硫系玻璃玻璃化转变温度适中(Tg～150-400℃)，可采用模压技术批量生产高精度、复杂型面的高精度光学元器件。

结合超构表面光学元器件和硫系玻璃的优势，本发明采用模压技术加工具有超构表面的硫系光学元器件，可进一步开发具有特殊功能的硫系光学元器件，实现光学元器件向低成本、小尺寸和轻质化方向发展，为开拓硫系玻璃多领域发展和应用奠定基础。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种高精度模压的超构表面结构的硫系光学器件及其制备方法，用以解决上述至少一个技术问题。

根据本发明说明书的一方面，提供一种高精度模压的超构表面结构的硫系光学器件的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将设计的超构表面结构图形转移到模压模芯上；

步骤二，预处理硫系预型体；

步骤三，将预处理后的硫系预型体放入精密模压模具的下模芯中心位置，然后将下模芯套上模套，再将上模芯放入模套中；

步骤四，将精密模压模具放入模压设备中，进行缓慢升温；

步骤五，在温度升至硫系玻璃玻璃化转变温度以上预设温度时进行模压操作，将模芯上的超表面结构图形转移至硫系玻璃表面；

步骤六，保持压力及温度预设时间后；

步骤七，缓慢减小压力并降温；

步骤八，待温度低于硫系玻璃玻璃化转变温度停止施压；