一种变栅距凹面光栅及其制作工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种变栅距凹面光栅制作工艺，包括：调配复合树脂步骤：采用顺排碳纳米管、聚氨酯丙烯酸树脂、活性单体、引发剂混合，得到复合树脂；3D打印模型设计步骤：通过计算机设计具有空洞微结构的光栅模型；所述空洞微结构的尺寸为10‑20nm；所述光栅的特征线宽为0.4‑0.6μm；3D打印步骤：利用LED‑UV分辨率1080P的DLP‑3D打印机打印得变栅距凹面光栅。该制作工艺通过在3D数字建模过程中设计人造微结构及其采取随机分布排列方式，增加对不同方向入射电磁波的电磁响应，使得该变栅距功能的凹面光栅在较宽的频段内具有较高的折射率。

【技术实现步骤摘要】
一种变栅距凹面光栅及其制作工艺
本专利技术涉及光栅领域，尤其涉及一种变栅距凹面光栅及其制备工艺。
技术介绍
微小型化成为当代光谱仪的一个主要发展方向。微小型光谱仪具有体积小、便于携带、使用简便等优点。然而无可避免地，光谱仪体积的缩小会以牺牲部分性能为代价，但微小型光谱仪的分辨率和准确率等性能参数足以应付一般应用领域的检测要求，而小体积、高集成度的优点则能为光谱仪开拓出广阔的应用前景。基于MOEMS(微光机电系统)技术的结构，采用表面微加工、体微加工及键合封装等工艺，可以制作出芯片大小的光谱仪系统，一般称其为“MOEMS光栅光谱仪”。与前述的“微小元件集成光栅光谱仪相比”，MOEMS光栅光谱仪的体积更小、结构更紧凑，具有芯片级的封装潜力，有可能嵌入到生产线的在线检测仪器以及一些专用的微小型检测仪器当中；而另一方面，这种解决方案中的光谱仪核心元件是基于微加工工艺进行制作的，可兼容微电子流水线生产，具有大批量和低成本的潜在优势。但MOEMS光栅光谱仪目前主要处于实验室研究阶段，少见有成熟产品，其制作工艺和性能均有待研究和发展，其中核心器件变柵距凹面光栅的成熟工艺及性能改良有待提高。变栅距凹面光栅用于光谱仪可解决微型光谱仪最终成像谱面不平直、像差较大的问题。从而使得能嵌入生产线并进行实时监测的微小型在线光谱仪得以实现。现有的变柵距专利：CN201210547862.7一种基于变栅距光栅透镜的微型光谱仪，公开了变栅距光栅与微凸透镜均采用微纳加工工艺制作，体积大幅减小，便于集成到嵌入式检测系统中。专利中提到其制作过程采用微纳加工工艺，但未能给出具体方法及更多相关介绍。专利CN201410237610.3一种动态液晶光栅的3D打印方法提到了一种动态液晶光栅的3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：提供一具有第一、第二、第三喷头的3D打印机；步骤2：3D打印用以形成动态液晶光栅液晶层上侧的上基板；步骤3：3D打印用以形成动态液晶光栅液晶层下侧的下基板；步骤4：进行液晶灌装及封装。该专利采用的是3D打印技术打印光栅液晶层的上下基板，解决传统的液晶显示器工艺制造精度问题，不涉及光栅偏振片的制作及光栅整体制作。与本专利技术专利完全采用DLP-3D打印技术制作完整的变柵距凹面光栅有很大不同。现有专利：CN201110268512.2一种柱面变栅距光栅精密成型方法公开了一种平面柔性变栅距光栅精密成型方法。本专利技术采取的方案为：制作弹性凸模、配胶、清洗、涂胶、粘接、装模、烘干固化等步骤，通过上述步骤使得平面柔性变栅距光栅装配粘接于圆环转杯内圆周表面后光栅表面栅线浮雕图案不受破坏，而且成型后柱面变栅距光栅内表面的圆度能够得到定量控制。本专利技术解决了平面柔性变栅距光栅无损粘接于圆环转杯内圆周的装配粘接问题，保证了平面柔性变栅距光栅精密成型为柱面变栅距光栅的加工质量，提高了装配粘接工序的合格率。专利中采用的工艺精度较差，不能满足微型光谱仪应用需求。变柵距凹面光栅常用的加工工艺为：电子束光刻工艺和常规紫外光刻工艺。电子束光刻工艺能够突破常规光刻的衍射极限，具有极高的加工精度，制作线宽可达10nm甚至更小。但是“直写”的方式难以适应曲面上的图案加工，会造成较大误差。另外，由于采用透明光学玻璃作为基底，导电性能较弱，需要使用额外的助导电材料，增大了加工难度。紫外光刻是常用的微加工技术，优点是应用范围广，对基底材料没有苛刻要求，容易实现。以30μm线宽的光栅掩模在K9玻璃透镜上尝试制作光栅，存在透镜边缘有光刻胶聚集的问题，涂胶效果不是十分理想。紫外光刻的光栅加工技术还有待进一步实验探索，包括采用边缘过渡平滑的透镜，以及利用线宽更接近应用要求掩模进行加工。但现有技术存在以下不足：(1)紫外光刻工艺受制于掩模版，尚未探索特征线宽在0.5μm左右的变栅距光栅制作工艺。目前紫外光刻制作的光栅特征线宽为30μm，利用的是菲林掩模版；而最精密的铬版掩模的特征线宽可以到达2μm，但仍不能满足要求。通过紫外光刻法在透镜凸面上制作光栅时，透镜边缘会产生光刻胶堆积。如何减少堆积，或者说这些堆积对最后光谱分辨率有何影响，均需要进一步深入研究。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一是为了提供一种变栅距凹面光栅的制备工艺，该工艺可高折射度、高精度、低型变性地制得变距光栅。本专利技术的目的之二在于提供该方法制得的变栅距凹面光栅。本专利技术的目的之一采用以下技术方案实现：一种变栅距凹面光栅制作工艺，包括：调配复合树脂步骤：采用顺排碳纳米管、聚氨酯丙烯酸树脂、活性单体、引发剂混合，得到复合树脂；3D打印模型设计步骤：通过计算机设计具有空洞微结构的光栅模型；所述空洞微结构的尺寸为10-20nm；所述光栅的特征线宽为0.4-0.6μm；3D打印步骤：利用LED-UV高分辨率DLP-3D打印机打印得变栅距凹面光栅。进一步地，调配复合树脂步骤中，复合树脂包括按重量百分比计的以下组分：3.5-5％顺排碳纳米管、10-35％聚氨酯丙烯酸树脂、51-70％活性单体、3-10％引发剂。进一步地，调配复合树脂步骤中，所述活性单体为-丙烯酰乙氧基丁二酸酯、苯氧基二乙二醇丙烯酸酯、丙氧基化乙氧基化双酚A二丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二丙烯酸酯、2-异丁烯酰乙氧基丁二酸酯、己内酯改性乙氧基化三聚异氰酸三丙烯酸酯中的一种或多种。进一步地，调配复合树脂步骤中，所述引发剂为TPO-L、Irgacure819、ITX、Irgacure369、EMK、Irgacure907中的一种或或两种以上。进一步地，调配复合树脂步骤中，聚氨酯丙烯酸树脂选自新中村U-10PA、UA-1100H、UA-53H、U-10HA，Photomer6210、Photomer6628中的一种或两种以上。进一步地，调配复合树脂步骤中，所述超顺排碳纳米管选自清华-富士康纳米科技研究中心LGA、清华大学物理系CTT中的一种或多种。进一步地，3D打印模型设计步骤中，所述空洞微结构为四棱锥体，边长为13nm。进一步地，所述空洞微结构为圆球体，直径为13nm。进一步地，3D打印模型设计步骤中，所述光栅的特征线宽为0.5μm。本专利技术的目的之二采用以下技术方案实现：一种如上述的制作工艺得到的变栅距凹面光栅。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术提供的制作工艺，通过在在3D数字建模过程中设计人造微结构及其采取随机分布排列方式，增加对不同方向入射电磁波的电磁响应，使得该变栅距功能的凹面光栅在较宽的频段内具有较高的折射率；2)本专利技术提供的方法制得的变栅距凹面光栅，折射率为1.72，透镜口径为15mm左右，曲率半径为1.4mm，参数满足微型光谱仪应用的尺寸要求。附图说明图1为超微光谱仪的实物尺寸示意图。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本专利技术做进一步描述：本专利技术提供一种变栅距凹面光栅的制备工艺，包括：调配复合树脂步骤：采用顺排碳纳米管、聚氨酯丙烯酸树脂、活性单体、引发剂混合，得到复合树脂；3D打印模型设计步骤：通过计算机设计具有空洞微结构的光栅模型；所述空洞微结构的尺寸为10-20nm；所述光栅的特征线宽为0.4-0.6μm；该步骤中，空洞微结构采用电脑随机的方式进行分布，空洞微结构大小一致，空洞微结构占光栅体积的3-5％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变栅距凹面光栅制作工艺，其特征在于，包括：调配复合树脂步骤：采用顺排碳纳米管、聚氨酯丙烯酸树脂、活性单体、引发剂混合，得到复合树脂；3D打印模型设计步骤：通过计算机设计具有空洞微结构的光栅模型；所述空洞微结构的尺寸为10‑20nm；所述光栅的特征线宽为0.4‑0.6μm；3D打印步骤：利用LED‑UV分辨率1080P的DLP‑3D打印机打印得变栅距凹面光栅。

【技术特征摘要】
1.一种变栅距凹面光栅制作工艺，其特征在于，包括：调配复合树脂步骤：采用顺排碳纳米管、聚氨酯丙烯酸树脂、活性单体、引发剂混合，得到复合树脂；3D打印模型设计步骤：通过计算机设计具有空洞微结构的光栅模型；所述空洞微结构的尺寸为10-20nm；所述光栅的特征线宽为0.4-0.6μm；3D打印步骤：利用LED-UV分辨率1080P的DLP-3D打印机打印得变栅距凹面光栅。2.根据权利要求1所述的变栅距凹面光栅制作工艺，其特征在于，调配复合树脂步骤中，复合树脂包括按重量百分比计的以下组分：3.5-5％顺排碳纳米管、10-35％聚氨酯丙烯酸树脂、51-70％活性单体、3-10％引发剂。3.根据权利要求1所述的变栅距凹面光栅制作工艺，其特征在于，调配复合树脂步骤中，所述活性单体为-丙烯酰乙氧基丁二酸酯、苯氧基二乙二醇丙烯酸酯、丙氧基化乙氧基化双酚A二丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二丙烯酸酯、2-异丁烯酰乙氧基丁二酸酯、己内酯改性乙氧基化三聚异氰酸三丙烯酸酯中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的变栅距凹面光栅制作工艺，其特征在于，调配复合树脂步骤中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁娟，焦鑫，杨莽，吴克墀，
申请(专利权)人：深圳力合防伪技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44