一种大衍射角星象图案生成器件及其制备方法

本发明属于微纳光学，具体涉及一种大衍射角星象图案生成器件的制备方法。

背景技术：

1、星象图案生成器件是一种常用于太空场景演示、科普教学、舞台灯光效果的衍射光学器件。

2、衍射光学器件的衍射角度越大，单片器件的图像生成范围就越大，实际使用的效果越好、成本越低。而衍射角度取决于衍射光学器件的特征线宽，例如：波长为600nm的衍射器件，当衍射全角为20°时，其特征尺寸为1.70μm，当衍射全角为70°时，其特征尺寸为250nm。可见，大角度衍射光学器件由于其微纳结构的特征尺寸较小(纳米量级)，制作难度大、加工成本高。

3、以上因素限制了大衍射角星象图案生成器件的批量化生产和广泛应用，因此迫切需要发展一种技术原理简单易行、加工成本低的大衍射角星象图案生成器件的制作方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明公开了一种大衍射角星象图案生成器件的制备方法，该器件由两层微透镜阵列结构融合而成，且两层阵列结构的周期、球冠直径和矢高互不相同、坐标轴线按照一定的角度偏转。利用两层微透镜阵列结构的几何尺寸互不相同、坐标轴线互有夹角的特点，并通过特殊的制备方法将双层微米量级结构融合为一层兼具微米量级和纳米量级的特殊结构，使星象图案生成器件的特征线宽由掩膜图形的微米量级降低到了纳米量级，衍射角度大大提升；而且，制备过程无需纳米量级的加工技术，降低了技术复杂度和制作成本。

2、本发明通过以下技术方案进行实施：一种大衍射角星象图案生成器件的制备方法，包括以下步骤：

3、该器件由两层微透镜阵列结构融合而成，且两层阵列结构的周期、球冠直径和矢高互不相同、坐标轴线之间具有一定角度；所述制备方法包含以下步骤：

4、步骤1、设计两层微透镜阵列结构的尺寸参数，两者的周期、球冠直径和矢高均不相同，并利用激光直写技术制作第一掩模和第二掩膜；

5、步骤2、在石英基底表面均匀涂覆一层光刻胶；

6、步骤3、利用接触式掩膜曝光技术将第一掩膜的图形复制到光刻胶上，显影后获得第一光刻胶材料的圆柱体阵列；

7、步骤4、利用光刻胶热回流法对所述圆柱体阵列进行烘烤，形成第一光刻胶材料的微透镜阵列结构；

8、步骤5、利用反应离子刻蚀技术将所述微透镜阵列结构转移到石英基底表面，获得第一层石英材料的微透镜阵列结构；

9、步骤6、在所述微透镜阵列结构表面涂覆一层光刻胶；

10、步骤7、利用接触式掩膜曝光技术将第二掩膜的图形复制到所述微透镜阵列结构表面的光刻胶上，曝光前将第二掩膜进行一定角度的偏转，使其与第一掩模的坐标轴线之间形成一定的夹角，显影后获得第二光刻胶材料的类圆柱体阵列；

11、步骤8、利用光刻胶热回流法对所述类圆柱体阵列进行烘烤，获得第二光刻胶材料的类微透镜阵列结构；

12、步骤9、利用反应离子刻蚀技术将所述类微透镜阵列结构转移到第一层石英材料的微透镜阵列结构表面，即可制备完成由双层微透镜阵列结构融合而成的双层微透镜阵列融合结构，即一种新型的星象图案生成器件。

13、进一步的，所述光刻胶为az4620光刻胶。

14、进一步的，步骤4和步骤8中采用的烘烤温度为125℃。

15、本发明的优点在于：

16、(1)本发明利用两层微透镜阵列结构的几何尺寸互不相同、坐标轴线互有夹角的特点，并通过上述制备方法将双层微米量级结构融合为一层兼具微米量级和纳米量级的特殊结构，使星象图案生成器件的特征线宽由掩膜图形的微米量级降低到了纳米量级，衍射角度大大提升。

17、(2)本发明通过特殊设计的微米量级制备方法即可实现纳米量级结构的制作，而制备流程无需纳米量级的加工技术，降低了技术复杂度和制作成本。

18、综上所述，本发明公开了一种大衍射角星象图案生成器件的制备方法，该星象图案生成器件衍射角度大，并且制备方法简单易行、加工成本低，为大衍射角星象图案生成器件的批量化生产和广泛应用提供了技术支撑！

技术特征：

1.一种大衍射角星象图案生成器件的制备方法，其特征在于：该器件由两层微透镜阵列结构融合而成，且两层阵列结构的周期、球冠直径和矢高互不相同、坐标轴线之间具有一定角度；所述制备方法包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种大衍射角星象图案生成器件及其制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种大衍射角星象图案生成器件及其制备方法，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种大衍射角星象图案生成器件的制备方法，该器件由两层微透镜阵列结构融合而成，且两层阵列结构的周期、球冠直径和矢高互不相同、坐标轴线按照一定的角度偏转。本发明利用两层微透镜阵列结构的几何尺寸互不相同、坐标轴线互有夹角的特点，并通过特殊的制备方法将双层微米量级结构融合为一层兼具微米量级和纳米量级的特殊结构，使星象图案生成器件的特征线宽由掩膜图形的微米量级降低到纳米量级，衍射角度大大提升；且制备过程无需纳米量级的加工技术，简单易行、制作成本低。

技术研发人员：刘鑫,李敏,范斌,杜俊峰,边疆,雷柏平,亓波,杨虎
受保护的技术使用者：中国科学院光电技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14