偏振直写各向异性光栅原理与实验研究

摘要

衍射光栅是一类重要的光学元件，在科研与生产中均有广泛应用。随着对衍射光栅性能要求的不断提高，衍射光栅的制造技术也得到了快速的发展。目前比较常见的有刻划方法、全息方法、直写方法、掩模方法等。
　　 本文基于衍射光栅的制作原理的研究和各类激光直写设备的分析，提出了偏振直写系统的新概念。该系统不仅继承了单光束直角坐标激光直写系统的优点，还融入了偏振调制技术与圆对称偏振光生成技术，可用于对偏振光敏感的材料的加工，从而得到各向异性的光栅。具体地说，本系统基于合理的硬件结构，由软件控制曝光过程中包括激光器、电光调制器、运动单元在内的各组件的协同工作，来实现各向异性光栅、精密图形等的制作。
　　 本论文主要讨论了偏振直写系统在衍射光栅、精密图形这两个应用中的实现方案和制作工艺。一是采用发光点逐点光刻的方法，根据直写深度(或高度)与曝光量(包括光功率、曝光时间)的对应关系，实现了表面起伏的衍射光栅。二是由电光调制器获得不同偏振态的写入光，根据偶氮分子取向与激光偏振状态的对应关系，采用逐点光刻方式，实现了各向异性衍射光栅。三是基于控制软件输入图形，采用组合调制激光强度与偏振状态的方式控制曝光，实现了图形加工。
　　 文中使用的超分子双偶氮聚合物的结构具有优良的光化学特性。其具有高的双折射率，在不同激光强度和偏振特性的状态组合数下能呈现不同的异构状态，因而可记录较多的写入光的状态。截至目前，样品存储12个月，无信息丢失或改变。可以说，此类聚合物可实现高密度、高稳定性的信息存储，是一种理想的光信息存储介质。
　　 偏振直写系统在制作各向异性光栅方面的具有较大的优越性，它是一种有前途的微加工方法。随着系统功能的完善与材料特性的提升，有望制造出更好的各向异性光栅及其它衍射光学器件。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 衍射光栅概述

1.2 衍射光栅制造技术发展现状

1.2.1 刻划光栅

1.2.2 全息光栅

1.2.3 直写光栅

1.2.4 灰度掩模

1.3 激光直写技术研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 本文的研究目标和组织结构

1.4.1 本文的研究目标

1.4.2 本文的组织结构

第2章 偏振直写系统

2.1 典型的激光直写系统

2.1.1 直角坐标系统

2.1.2 极坐标系统

2.1.3 直角坐标与极坐标组合系统

2.1.4 双光束直写系统

2.1.5 逐图曝光系统

2.1.6 灰度掩膜并行激光直写系统

2.2 偏振调制技术

2.2.1 偏振光

2.2.2 光的双折射

2.2.3 偏振调制技术

2.2.4 电光调制器

2.3 偏振直写系统的工作模式

2.4 偏振直写系统的基本结构

2.4.1 偏振直写光路

2.4.2 圆对称偏振直写光路

2.4.3 聚焦检测光路

2.4.4 样品台二维平动控制模块

2.4.5 物镜升降控制模块

2.5 偏振直写系统的控制部分

2.6 偏振直写系统的主要性能

2.7 本章小结

第3章 偶氮苯聚合物

3.1 偶氮苯聚合物的研究背景

3.2 偶氮苯聚合物的光致异构特性

3.3 氢键自组装的偶氮苯聚合物

3.3.1 聚合物的制备与表征

3.3.2 薄膜的制备与表征

3.3.3 光致双折射特性检测

3.4 刻写特性的研究

3.4.1 AzoCN的光刻实验

3.4.2 pAzopy/(AzoCN)x的光刻实验

3.5 本章小结

第4章 各向异性光栅的设计与制作

4.1 AzoCN制作的光栅

4.1.1 振幅型光栅

4.1.2 光强调制的光栅

4.1.3 偏振调制的光栅

4.2 pAzopy/(AzoCN)1.0制作的光栅

4.2.1 振幅型光栅

4.2.2 网状光栅

4.2.3 稳定性试验

4.2.4 组合调制的光栅

4.3 pAzopy/(AzoCN)x系列对比试验

4.4 多种材料刻写实验对比

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

在读期间发表论文情况

致谢