四束光曝光裝置的製作方法
2023-11-10 11:27:57 3
專利名稱：四束光曝光裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用四束光幹涉製備三維光子晶體的裝置。
背景技術：
光子晶體是由不同折射率的電介質材料周期性排列而形成的人造晶體。與天然晶體衍射X射線不同，光子晶體衍射的是可見光和近紅外線。類似半導體材料對電子有能量禁帶，光子晶體對光波有光禁帶，即頻率在某一範圍內的光波將無法通過特定的光子晶體，而被完全反射回來。此特性使得光子晶體有著許多重要的應用，例如製備高效率發光二極體、光子晶體光纖、光子晶體雷射器等，並在光通信、全光網絡、光纖雷射器、半導體雷射器等系統和器件中獲得重要應用。
光子晶體的製作方法有多種，如層層疊加法、膠體自組織法，以及各種刻蝕、製版技術，包括X射線平板刻蝕、離子束刻蝕、掠射角沉積和調製光電化學刻蝕等技術。這些方法不僅製備過程複雜，而且不易得到多層的三維光子晶體。在所報導的(見文獻M Campbell，D NSharp，M T Harrison，et al，Fabrication of photonic crystals for the visible spectrum by holographiclithography，Nature，2000，40453-56。)全息技術中，四束光幹涉技術的製備過程最快，但目前所採用的四束雷射是用許多光學元件將一束雷射分成四路，再經半波片將各光路的偏振方向轉成同一方向，然後再對各束光進行擴束、準直。
發明內容
本實用新型旨在提供一種穩定性好、設備簡單、操作簡便的製備三維光子晶體的四束光曝光裝置。
本實用新型設有雷射器，在雷射器輸出雷射的光路上依次設有1個擴束與空間濾波器、1個準直透鏡、1個光柵版和1塊全息記錄幹版。所說的雷射對全息記錄幹版敏感，例如442nm和458nm波長對光刻膠版敏感。所說的光柵版對擴束後的平行光形成4束光幹涉。
採用本實用新型製備三維光子晶體時，將雷射經擴束與空間濾波，再變成擴束的平行光，將擴束後的平行光照射到光柵版上，在光柵版後產生4束光幹涉，在幹涉區域放置全息記錄幹版，經曝光顯影后，即得三維光子晶體。
本實用新型採用很少的光學元件，只需單束雷射和一個光柵版就能產生四束光，並以期望的方向運行。四束光匯合後在自由空間互相干涉，產生了光強度周期性變化的三維圖形。用光敏材料將圖形記錄下來，就在材料中產生了折射率周期性變化的三維晶格結構。只要晶格結構中的二種折射率之比足夠大(如達到2.1以上)，就能產生光子禁帶，該材料就能用做光子晶體。如果用光致抗蝕劑幹版(簡稱光刻膠版)做記錄材料，亦可將記錄下的結構當作模版，用高折射率材料翻製成光子晶體。而且其製備過程簡單。
圖1為四束光曝光裝置實施例的結構示意圖。
圖2為四束光曝光裝置實施例的光柵版的結構示意圖。
圖3為4束幹涉光方向示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，雷射器1輸出一束波長對記錄幹版5敏感的雷射(如442nm和458nm波長對光刻膠版敏感)，經擴束濾波器2擴束及空間濾波後，被一透鏡3準直，然後照射到一塊光柵版4上。如圖2所示，光柵版4上設有三個光柵41。在光柵版4的中心有一塊空白區域42，形狀沒有固定要求，可以是四方形，圓形或三角形等。三個光柵41圍繞著中心區域，各光柵之間相差120°。透過光柵版的光形成了四束(參見圖3)，一束中心光束從光柵版4中心的空白區域42(如圖2中的方形)透過並沿光軸傳播，運行方向沒有任何改變；另外三束光分別由三個光柵41的一級衍射光形成，運行方向與光軸形成一夾角θ，該角度即光柵的第一級衍射角。由於三個光柵的光柵常數完全相同並對稱排列，三束衍射光以相同的角度θ偏離原來的運行方向，拐向中心光束的方向。透過光柵版的四束光(中心光束和三個衍射光束)在光柵版之後匯合，在匯合區域產生幹涉。幹涉圖案具有三維周期性結構，該結構與三個光柵的衍射角(即中心光束與其它三個光束之間的夾角)有關。在產生三維結構圖案的區域內放置一塊感光膠較厚(幾微米以上)的全息記錄幹版5(如光刻膠版)，對幹版曝光然後顯影，即製作成三維光子晶體。曝光和顯影與通常製作全息圖的方法相同。
光柵版可採用攝影製版材料或全息記錄材料，最好光柵版必須有較好的透明度，以讓更多的光通過。光柵版上的光柵可以用攝影製版的方法製作，也可以用全息記錄方法製作。當用全息方法製作時，所用材料是全息記錄幹版，記錄的是透射式光柵。由於晶格結構與光柵的衍射角有關，而光柵的衍射角又與光柵的條紋間隔有關，所以在製作光柵時必須選擇合適的條紋間隔，使得光柵的一級衍射角是所期望的角度。對三個光柵41和中心空白區域42的面積沒有嚴格要求，但最好光柵的一級衍射光的面積與從中心空白區域透過的光的面積接近，這樣可以充分利用光源，使四束光的幹涉區域達到最大，有利於製作大面積三維光子晶體。
權利要求1.四束光曝光裝置，其特徵在於設有雷射器，在雷射器輸出雷射的光路上依次設有1個擴束與空間濾波器、1個準直透鏡、1個光柵版和1塊全息記錄幹版，所說的光柵版對擴束後的平行光形成4束光幹涉。
2.如權利要求1所述的四束光曝光裝置，其特徵在於雷射對全息記錄幹版敏感。
3.如權利要求1所述的四束光曝光裝置，其特徵在於所說的光柵版上設有三個光柵，在光柵版的中心有一塊空白區域，三個光柵圍繞著中心區域，各光柵之間相差120°。
4.如權利要求1或3所述的四束光曝光裝置，其特徵在於所說的光柵版為攝影製版材料或全息記錄材料。
5.如權利要求1或3所述的四束光曝光裝置，其特徵在於所說的光柵板的空白區域的形狀為四方形，圓形，三角形或其它形狀。
專利摘要本實用新型涉及一種用四束光幹涉製備三維光子晶體的裝置。設有雷射器、擴束與空間濾波器、準直透鏡、光柵版和全息記錄幹版，光柵版對擴束後的平行光形成4束光幹涉。採用很少的光學元件，只需單束雷射和一個光柵版就能產生四束光，並以期望的方向運行。四束光匯合後在自由空間互相干涉，產生了光強度周期性變化的三維圖形。用光敏材料將圖形記錄下來，就在材料中產生了折射率周期性變化的三維晶格結構。只要晶格結構中的二種折射率之比足夠大，就能產生光子禁帶，該材料就能用做光子晶體。如果用光刻膠版做記錄材料，亦可將記錄下的結構當作模版，用高折射率材料翻製成光子晶體。而且其製備過程簡單。
文檔編號G03H1/00GK2667532SQ20042000197
公開日2004年12月29日 申請日期2004年1月9日 優先權日2004年1月9日
發明者劉守, 張向蘇, 劉影 申請人:廈門大學