光栅制备工艺的新进展

　　1　引　言

　　光栅作为一种分光元件,广泛应用于光谱测量、光计算及光学信息处理等领域中。自从1819年夫琅和费制成世界上第一块光栅[1],光栅制造技术经历了几次大的改进,每次大的改进都依赖于技术上的进步和理论上的突破,当今光栅的发展趋势正朝着高衍射效率、大面积、新品种的方向发展。由于传统光栅制备工艺的困难和昂贵的成本,在许多场合已由全息光栅取而代之。本文介绍应用偶氮苯聚合物光致表面调制效应制备位相光栅的新工艺,对光致表面调制效应的产生进行了分析,对全息光栅法应用于新材料产生的光栅的独特性质进行了描述,给出了应用新材料制备光栅的实验结果。

　　2　基于偶氮苯聚合物光致表面调制效应制备光栅的新工艺

　　传统的全息光栅的制作方法是利用单色激光的双光束干涉图样直接曝光涂有光刻胶的基片,再经腐蚀显影、定影和烘干程序后在真空系统中镀膜获得[1]。随着科学技术的不断发展,人们对全息光栅法的研究不断深入,特别是对记录材料的研究。人们发现利用热塑光电材料的性质也可在热塑光电导体上刻写光栅:当带电薄膜暴露在干涉图样下并被加热到接近聚合物的玻璃态转变温度时,表面产生变形,冷却后即可形成光栅[2]。但其工艺仍显复杂。

　　基于对材料学研究的不断深入,特别是对高分子材料研究和激光技术的发展,科学家最近发现了一种新型的可用于全息光栅法的记录材料———偶氮苯聚合物。基于偶氮苯聚合物的光致表面调制效应[2],人们可极大简化全息光栅法的工艺流程。

　　2·1　偶氮苯聚合物光致表面调制效应

　　1995年Kumar等人[2,3]发现:将含有偶氮苯发色基团的高分子聚合物置于由两束波长为488 nm的Ar+激光所形成的干涉场下时,材料表面会出现高低起伏的光栅结构,光栅的常数和激光干涉场的空间周期相同,撤去激光干涉场后,在温度低于聚合物玻璃态转变温度(通常大于100℃)的情况下,光栅结构保持不变,性能稳定。他们称之为偶氮苯聚合物的光致表面调制效应。

　　2·2　应用新材料的全息光栅法的特点

　　采用新材料的全息光栅法与以往的相比具有如下优点: (1)工艺流程极为简单,不需经过腐蚀显影、定影和烘干等程序; (2)光栅的大小由激光干涉场的大小决定,但由于不需要全息法的后续处理过程,因此可获得尺寸极小的光栅元器件,可用于集成光学元件的制造; (3)由于偶氮苯聚合物薄膜自身的透光性可形成透射光栅。

　　由于采用新材料的全息法是一步成形,不需要类似于全息法的后续化学处理过程,因此可在薄膜的同一区域刻划多套光栅[2],这为傅立叶闪耀光栅的制造提供了可能,目前已有了利用这一特点实现傅立叶闪耀光栅制造的报道[4]。