摘要：介紹了一種可調(diào)光柵的制作方法.首先通過(guò)紫外線光刻的方法，制作出微米尺度的光柵結(jié)構(gòu)（周期8微米），然后將光柵復(fù)制在聚甲基硅氧烷（PDMS）薄膜上，形成內(nèi)嵌式PDMS光柵.利用PDMS優(yōu)異的彈性，將此薄膜沿著光柵柵線的方向拉伸，隨著柵線的伸長(zhǎng)，光柵常數(shù)也隨之變小，周期調(diào)節(jié)極限為5微米.傳統(tǒng)方法制作可調(diào)光柵，工藝條件苛刻，制作過(guò)程復(fù)雜，難以控制，制作成本高，周期較長(zhǎng).提出的制作可調(diào)光柵的方法成本低，周期短，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單易控制，可廣泛應(yīng)用于微型光譜儀.掃描儀.光通信等領(lǐng)域.

　　O引言光柵作為一種非常重要的光學(xué)元件，被廣泛應(yīng)用于集成光路.光通信.光學(xué)互連.光信息處理.光學(xué)測(cè)量等領(lǐng)域中.與普通光柵相比，可調(diào)光柵可以通過(guò)改變周期來(lái)選擇不同波長(zhǎng)的光或?qū)⒛骋徊ㄩL(zhǎng)的光偏轉(zhuǎn)不同的角度，可廣泛應(yīng)用于微型光譜儀.掃描儀.光通信等領(lǐng)域中.

　　Park Jung kyu和chang Tien li等人利用飛秒激光刻寫(xiě)技術(shù)在聚甲基硅氧烷（PDMS）上燒蝕出微米級(jí)光柵的圖形.飛秒激光直寫(xiě)法.雙光束干涉法可用來(lái)制作周期為幾百納米的光柵，但是制作出來(lái)的納米光柵平直性不好，光路復(fù)雜，工藝過(guò)程不好控制.Li Yi刪和Yan Dong等人運(yùn)用電子束光刻和聚焦離子束刻蝕的方法制造出納米光柵，基底分別為si和soi材料.電子束光刻.x射線光刻都可以制作納米級(jí)光柵，但所使用的設(shè)備昂貴.復(fù)雜.難以控制，而且其工藝方法難以制作出周期可調(diào)的光柵結(jié)構(gòu).

　　由美國(guó)麻省理工學(xué)院研制的可調(diào)諧光柵式光開(kāi)關(guān)，通過(guò)靜電梳齒驅(qū)動(dòng)光柵改變其光柵常數(shù)可達(dá)到改變衍射光束方向的目的¨攔o.shih weichuan等人利用薄膜壓電驅(qū)動(dòng)光柵，從而使得光柵常數(shù)改變¨J.運(yùn)用靜電力式和壓電式來(lái)驅(qū)動(dòng)可調(diào)光柵，所需要的模擬電壓非常大，對(duì)設(shè)備的要求很高.可調(diào)光柵的制作需要用到刻蝕工藝.電子束光刻工藝等復(fù)雜的工藝，制作周期較長(zhǎng)，成本高.

　　本文提出了一種成本低.周期短.工序簡(jiǎn)單.易于控制的制備可調(diào)光柵的方法，克服了傳統(tǒng)制作方法所用設(shè)備昂貴.工藝條件苛刻復(fù)雜.難以控制.制作成本高.周期長(zhǎng)的問(wèn)題，應(yīng)用前景廣泛.

　　1可調(diào)光柵的制作原理本文介紹的可調(diào)光柵的制作方法，首先在基底上勻膠，通過(guò)紫外光刻的方法，制作出周期為8微米的光柵結(jié)構(gòu)，然后配制PDMS,將光柵復(fù)制在PDMS薄膜上，并將PDMS固化，形成內(nèi)嵌式PDMS光柵：利用PDMS薄膜優(yōu)異的彈性，將此薄膜沿著光柵柵線的方向拉伸，隨著柵線的伸長(zhǎng)，光柵的溝槽和凸脊逐漸變窄，光柵常數(shù)也隨之變小.因此，可通過(guò)控制PDMS薄膜的拉伸長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)該光柵的周期，即光柵常數(shù).

　　2工藝流程

      2.1 光柵模板的制備用紫外線光刻技術(shù)制作光柵模版，如圖1所示1）備片：按順序分別用丙酮.酒精.去離子水清洗載玻片；2）甩膠：在載玻片上旋涂一層正性光刻膠EPG533,轉(zhuǎn)速為3500 rpm,勻膠時(shí)間30 s;3）曝光：使用深紫外線光刻機(jī)，用接觸式曝光的方法進(jìn)行曝光操作，曝光劑量約為75mJ/cm2;4）顯影：將曝光后的載玻片放在顯影液中顯影，顯影時(shí)間15 s,顯影液是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的NaOH;5）后烘：將制作好的光柵放置于100℃的烘盤(pán)上烘20 min.取下備用：

　　如圖l（b）是制作出來(lái)的微米量級(jí)的光柵；圖1（c）所示為制作PDMS薄膜的示意圖；圖l（d）為制作出來(lái)的PDMS薄膜：本實(shí)驗(yàn)所制作的光柵周期為8微米，占空比為1:1（線寬：槽寬），如圖2所示，@11..

　　2.2 PDMS薄膜的制備1）為了得到更加柔韌的PDMS薄膜，將預(yù)聚物和固化劑按照20:1的體積比混合（產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上所建議的常規(guī)配比原為10:1），然后將混合好的PDMS液體放在真空干燥箱中，保持抽真空狀態(tài)直至液體中無(wú)氣泡為止，該過(guò)程需要約5~15 min;2）將PDMS液體緩慢地傾倒在光柵模版的表面，待無(wú)氣泡后，在100 攝氏度的烘盤(pán)上加熱固化1 h,取下并冷卻后，將PDMS薄膜從光柵模版上剝離下來(lái)備用.此時(shí)的PDMS薄膜上內(nèi)嵌有光柵圖形，薄膜厚度約為1 mm.如圖3為激光共聚焦顯微鏡拍攝的PDMS薄膜上的光柵圖形.

　　2.3 可調(diào)光柵的調(diào)諧過(guò)程如圖4所示，將PDMS薄膜切成規(guī)則的長(zhǎng)方形小塊，以光柵的柵線方向?yàn)殚L(zhǎng)邊，然后將其夾持在手動(dòng)平移臺(tái)上.

　　本實(shí)驗(yàn)所用到的拉伸裝置是由實(shí)驗(yàn)人員自主設(shè)計(jì)并制作的，其中用到的手動(dòng)平移臺(tái)由北京聯(lián)英精機(jī)科技有限公司生產(chǎn)：轉(zhuǎn)動(dòng)手動(dòng)平移臺(tái)的手輪，平移臺(tái)沿著光柵柵線的方向移動(dòng)。此時(shí)就是可調(diào)光柵的周期連續(xù)可調(diào)諧的過(guò)程.隨著PDMS薄膜長(zhǎng)度方向的伸長(zhǎng)，寬度方向發(fā)生一定的收縮，光柵常數(shù)也隨之變小.

　　在保證l,DMS薄膜小被拉斷的情況下。光柵周期呵變?yōu)樵瓉?lái)的60%,且是可逆形變二如圖5為拉伸PDMS薄膜一定的長(zhǎng)度后，將光柵常數(shù)變小的光柵轉(zhuǎn)移到NOA73的光柵圖形.NOA73是一種光學(xué)性能很好的紫外光敏材料，固化前呈液態(tài)，經(jīng)過(guò)紫外線照射后，很快固化，可以完整地將光柵圖案復(fù)制出來(lái).

　　3測(cè)試與分析3.1 光柵常數(shù)與PDMS薄膜伸長(zhǎng)量的關(guān)系PDMS是一種彈性材料，彈性模量為360-870 kPa,泊松比為0.5.PDMS薄膜的原始尺寸為2.4cm×1.6 cm,厚為1 mm.

　　如圖6為拉伸PDMS薄膜時(shí)，光柵常數(shù)與PDMS薄膜伸長(zhǎng)量的關(guān)系.平移臺(tái)的位移與薄膜原長(zhǎng)的差就是PDMS薄膜的伸長(zhǎng)量.光柵常數(shù)與PDMS薄膜伸長(zhǎng)量的關(guān)系近似為線性：0~10 mm之問(wèn)，光柵常數(shù)基本不發(fā)生變化；10 mm以后，光柵常數(shù)開(kāi)始發(fā)生顯著的變化，且與PDMS薄膜的伸長(zhǎng)量呈線性的關(guān)系；20 mm以后，光柵常數(shù)保持量不再變化；當(dāng)拉伸到23 mm以后，PDMS薄膜有斷裂的跡象.

　　3.2光柵衍射圖樣的觀察光柵的初始周期為8微米，柵線寬度為4微米，經(jīng)過(guò)拉伸周期變?yōu)?微米，有明顯的衍射現(xiàn)象，圖7所示為它的衍射圖樣.

　　4結(jié)論本文提供了一種制作可調(diào)光柵的方法.首先利用紫外光刻的方法制造出光柵，再利用PDMS優(yōu)異的彈性，運(yùn)用拉伸的方法實(shí)現(xiàn)光柵常數(shù)的可調(diào)諧，采用此種方法制作的可調(diào)光柵成本低.操作簡(jiǎn)單.制作周期短，可廣泛應(yīng)用于微型光譜儀.掃描儀.光通訊等領(lǐng)域中.