一种大面积消色差超构透镜的制备方法

本发明涉及一种大面积消色差超构透镜的制备方法，属于超构透镜制备。

背景技术：

1、色散是材料的基本属性之一，即具有正常色散的材料的折射率会随着波长的增加而降低。其具体体现形式为，棱镜将较长波长的光偏转较小的角度，同时折射透镜的较长波长的焦距大于较短波长的焦距即色差，衍射光学元件中的色散则相反。色散的调控引起了众多学者的广泛关注，在许多方面都有重要的应用。一方面，镜头成像和近眼显示光波导中的色差严重降低了图像质量，因此应消除色差。另一方面，增加色散(超色散)可以提高光谱仪设备的分辨率和光通信中波分复用的传输容量。然而目前对色散的控制需要多个组件的堆叠，导致系统体积庞大且复杂，不利于微型化光学系统在消费电子、可穿戴设备和微型光谱仪中的应用。

2、超构表面是具有亚波长尺度间距和光波长厚度的单元阵列，相较于传统折反射光学元件，超构表面具有轻薄化，多功能，易集成，可与cmos工艺兼容等优点，因此也发展出了基于超构表面的各种应用，比如光束偏折，全息显示、超构透镜、复杂光束、结构色等，超构表面元件也被认为是第三代新型光学元件是一项变革性技术。但是超材料本身是具有负色散的，即随着波长的增大焦距逐渐变小，致使设计出来的超构透镜带有较为严重的色差。在前期一些课题组的工作中已通过空间复用实现离散波长的色差消除，例如交错的单元和堆叠层(空间复用)。同时，具有不同亚波长结构的结构色散设计自由度，可以通过色散相位补偿实现在不同波段的离散波长、窄带和宽带的色散调节。然而，目前的消色差超构透镜的设计很难在尺寸上实现进一步的扩大，大多数课题组设计出的消色差超构透镜的尺寸多为几十微米，这是因为越大面积的消色差超构透镜需要越大的相位补偿，虽然提升结构高度可以在一定程度上增大相位补偿范围，但更高的结构也给加工带来了更大的挑战。同时。消色差超构透镜无法实现大面积的设计和制备，也这极大的限制了将其推向实际应用。

技术实现思路

1、本发明提供一种大面积消色差超构透镜的制备方法。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

3、一种大面积消色差超构透镜的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、旋涂抗蚀剂，即在选择好的介质衬底上进行抗蚀剂的旋涂，并进行抗蚀剂的烘烤以确保溶液全部排出，仅留下溶质，所述抗蚀剂为正型抗蚀剂包括聚甲基丙烯酸甲酯和zep；

5、s2、利用光刻的方式进行版图的精准曝光，所述光刻技术包括电子束曝光技术，紫外或者极紫外曝光技术和纳米压印技术；

6、s3、利用原子层沉积对曝光的位置的结构进行填充，这里沉积的厚度为最大结构尺寸的一半，在确保曝光位置全部填充的情况下，使生成的结构具有很好的陡直性；

7、s4、刻蚀，即对包覆在抗蚀剂以上的部分进行刻蚀；

8、s5、去胶，即采用反应离子刻蚀的方法对样片上剩余的抗蚀剂进行去除。

9、优选为，步骤s1为首先在具有ito薄膜层的透明玻璃基板上以2000rpm的转速旋涂1000nm厚的聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)电子束抗蚀剂层，并在180℃的热板上烘烤4分钟。

10、优选为，步骤s2为然后通过电子束光刻以100kv的电压和200pa的束流对样品进行曝光，将样品在甲基异丁基酮和异丙醇的混合溶液中显影1分钟，并在ipa中固定1分钟。

11、优选为，甲基异丁基酮和异丙醇的比例为1:3。

12、优选为，步骤s3为使用原子层沉积系统用230nm tio2填充暴露区域，一层230nmtio2将保留在整个样品的顶部。

13、与现有技术相比，本发明大面积消色差超构透镜的制备方法可以更好的对透镜的波前进行变换，在进行结构的匹配时格式得到更小的匹配误差、更优的消色差效果以及更大面积的设计，同时，采用该制备流程也可以实现具有高深宽比和高陡直度的结构的制备。

技术特征：

1.一种大面积消色差超构透镜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种大面积消色差超构透镜的制备方法，其特征在于，步骤s1为首先在具有ito薄膜层的透明玻璃基板上以2000rpm的转速旋涂1000nm厚的聚甲基丙烯酸甲酯电子束抗蚀剂层，并在180℃的热板上烘烤4分钟。

3.根据权利要求2所述的一种大面积消色差超构透镜的制备方法，其特征在于，步骤s2为通过电子束光刻以100kv的电压和200pa的束流对样品进行曝光，将样品在甲基异丁基酮和异丙醇的混合溶液中显影1分钟，并在ipa中固定1分钟。

4.根据权利要求3所述的一种大面积消色差超构透镜的制备方法，其特征在于，甲基异丁基酮和异丙醇的比例为1:3。

5.根据权利要求1所述的一种大面积消色差超构透镜的制备方法，其特征在于，步骤s3为使用原子层沉积系统用230nmtio2填充暴露区域，一层230nm tio2将保留在整个样品的顶部。

技术总结
本发明公开了一种大面积消色差超构透镜的制备方法，包括以下步骤：旋涂抗蚀剂，即在选择好的介质衬底上进行抗蚀剂的旋涂，并进行抗蚀剂的烘烤以确保溶液全部排出，仅留下溶质，所述抗蚀剂为正型抗蚀剂包括聚甲基丙烯酸甲酯和ZEP。本发明大面积消色差超构透镜的制备方法可以更好的对透镜的波前进行变换，在进行结构的匹配时格式得到更小的匹配误差、更优的消色差效果以及更大面积的设计，同时，采用该制备流程也可以实现具有高深宽比和高陡直度的结构的制备。

技术研发人员：胡跃强,姜玉婷,李苓,段辉高,贾红辉
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13