一种宽谱编码阵列滤光片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种宽谱编码阵列滤光片的制备方法，包括：采用纳米压印方法一次性获得在第一维度高度不同的压印阵列结构；在得到的压印阵列结构上采用紫外光刻

【技术实现步骤摘要】
一种宽谱编码阵列滤光片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及微纳光电子器件制备、光谱传感、光谱成像等领域，具体涉及一种宽谱编码阵列滤光片及其制备方法。

技术介绍

[0002]光谱仪可用于测试标定光源或物体的发射/反射/透射/辐射特性，广泛应用于科学研究和工业生产领域。如今，光谱分析的应用领域正在迅速扩大，对于光谱仪较小物理尺寸、较低成本的需求也进一步增加。近年来，得益于微纳加工技术与人工智能算法的进步，计算重构型微型光谱仪应运而生。该方案利用压缩感知、深度神经网络等算法，从一组经宽谱探测器或宽谱滤光片编码的光谱响应中反演入射光谱。理论上，通过调节其结构以产生不同宽光谱响应的光学元件都可以作为编码元件，如量子点、纳米线、薄膜、液晶、光子晶体、超表面等。基于薄膜结构的阵列滤光片因其成本低、可批量生产、工艺稳定而成为微型光谱仪产业化中一条颇具竞争力的技术路线。
[0003]纳米压印技术越来越多地被应用在光学器件制备过程中，其高效快速的加工特点被寄希望广泛应用于光谱传感，光谱成像，增强现实显示等领域中。不同于传统的紫外光刻技术，纳米压印只需通过一次操作即可完成同一大尺寸基板上不同高度以及不同周期的任意图形结构。基于这个特殊性能，宽谱阵列滤光片各个区块所需的不同厚度介质层可以通过纳米压印的方法快速得到，从而大幅简化宽谱滤光片的阵列化工艺流程，降低阵列化过程的成本。
[0004]基于压缩感知的基本原理，滤光区块的宽带光谱响应非相关度与其对待测光谱的编码效率、光谱重构精度正相关。但通过单次纳米压印所得的介质层厚度变化范围较小，难以获得非相关度较高的光谱响应。并且纳米压印技术对所获介质层厚度控制精度较低。
[0005]文献(CN 114910166 A)采用电子束蒸发分别加工各滤光区块，然后采用拼接、微纳加工等方案组合得到多峰谷宽带滤光片阵列；采用该方法进行制作时，需要进行多次电子束蒸发，次数与滤光区块数量相一致，效率较低；且单个滤光区块尺寸为毫米量级，难以实现光谱仪尺寸的进一步微型化。
[0006]文献(CN109932058A)采用多次二元光刻分离加工金属/介质/金属结构法布里
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珀罗腔滤光片阵列，通过调节腔程，获得不同中心波长的单窄峰透过，无法构造宽带多峰谷光谱从而影响了光谱的有效编码。另外，该方法所需二元光刻分离次数与滤光区块数成正相关，导致加工效率相对较低。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种宽谱编码阵列滤光片及其制备方法，该方法利用纳米压印、紫外光刻等微纳加工技术与薄膜沉积技术，可制备介质层厚度变化范围显著增大的宽谱编码阵列滤光片。所制备的阵列滤光片单个区块尺寸为微米级，可大幅减小光谱芯片、光谱模组、光谱仪的物理尺寸，实现相关产品批量化生产。
[0008]本专利技术所制备的阵列滤光片克服了仅依靠纳米压印技术获得的阵列滤光片间隔层厚度变化范围较小、各区块光谱响应非相关度较低的不足，增强了对待测光谱的编码能力，进而提高光谱重构精度。
[0009]本专利技术所制备的阵列滤光片克服了仅依靠紫外光刻技术制备阵列滤光片时所需的紫外光刻次数与滤光区块数成正相关的不足，简化阵列滤光片加工流程，降低制备成本。
[0010]本专利技术将纳米压印与紫外光刻
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图形转移相结合的方法可以制备厚度变化范围较大的介质层阵列，进而获得非相关性强的光谱响应，实现对待测光谱的高效编码。
[0011]本专利技术提供如下技术方案：
[0012]一种宽谱编码阵列滤光片的制备方法，包括：采用纳米压印方法一次性获得在第一维度高度不同的压印阵列结构；在得到的压印阵列结构上采用紫外光刻
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图形转移方法获得在第二维度高度不同的光刻阵列结构，最终获得由多个高度不同的滤光区块组成的宽谱编码阵列滤光片；所述滤光区块沿两个维度(第一维度和第二维度)阵列布置。
[0013]采用上述方法得到的所述编码阵列滤光片由阵列化布置的多个滤光区块组成。每个滤光区块结构不同，光谱响应各不相同，但均为覆盖探测全波段的宽谱响应。
[0014]当然，可以对上述结构进一步完善，比如在上述结构单侧或两侧增加单层或多层薄膜。作为优选，一种宽谱编码阵列滤光片的制备方法，包括：利用薄膜沉积方法在基板上沉积底层单层或多层薄膜；采用纳米压印方法在底层单层或多层薄膜表面一次性获得在第一维度高度不同的压印阵列结构；在得到的压印阵列结构上采用紫外光刻
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图形转移方法获得在第二维度高度不同的光刻阵列结构；最后利用薄膜沉积方法在光刻阵列结构上沉积顶层单层或多层薄膜，得到所述宽谱编码阵列滤光片。
[0015]作为优选，所述第一维度和第二维度为方向垂直的两个维度。转化为高度数据来表示时，可以转化第一维度和第二维度为行或者列。
[0016]作为优选，在所述第一维度或第二维度上，高度依次增加或降低。作为进一步优选，在所述第一维度或第二维度上相邻两个区块高度差相等。
[0017]本专利技术在制备前，可以根据编码阵列滤光片中滤光区块的高度分布，确定第一维度和第二维度的高度差；进而确定纳米压印和紫外光刻
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图形转移方法的工艺参数。所述的第一维度和第二维度，一般是相互垂直的两个维度。比如设计时，所述阵列滤光片可以采用滤光区块xy方向布置的阵列结构，在第一维度(比如x方向)高度逐层增加；在第二维度(比如y方向)高度也逐层增加，且最终得到的阵列结构中所有结构高度均不同。利用第一维度的高度差，确定纳米压印工艺中模板的结构，利用第二维度的高度差，确定紫外光刻
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图形转移工艺中薄膜沉积的厚度等。
[0018]进一步，一种宽谱编码阵列滤光片的制备方法，包括：
[0019]S3：采用薄膜沉积方法在洁净基板沉积底层单层或多层薄膜；
[0020]S4：采用纳米压印方法在S3所述结构上一次性获得高度不同的压印阵列结构；
[0021]S5：采用紫外光刻方法在S4所述结构上获得图形化的光刻胶；
[0022]S6：采用物理气相沉积技术在S5所述结构上沉积薄膜；
[0023]S7：使用有机溶剂(丙酮、去胶剂等溶液)剥离阵列结构上的光刻胶与光刻胶上方的薄膜；
[0024]S8：在S7所得结构上重复S5
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S7，重复次数无需与阵列滤光片区块数成正相关。
[0025]S9：采用薄膜沉积技术在在S8所述结构上沉积顶层单层或多层薄膜。
[0026]进一步，在S3步骤前：
[0027]S1：确定阵列滤光片所需划分的滤光区块个数；根据工作波长范围选择滤光区块的基板材料和膜层材料；
[0028]S2：使用乙醇、丙酮等擦拭、清洗基板。
[0029]在本专利技术中，所述探测全波段为紫外
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可见
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红外波段，根据需要选择具体波段。
[0030]所述若干个是指大于或等于2个。
[0031]所述基板材料为透明基板材料，紫外
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可见本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽谱编码阵列滤光片的制备方法，其特征在于，包括：采用纳米压印方法一次性获得在第一维度高度不同的压印阵列结构；在得到的压印阵列结构上采用紫外光刻
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图形转移方法获得在第二维度高度不同的光刻阵列结构，最终获得由多个高度不同的滤光区块组成的宽谱编码阵列滤光片，所述滤光区块沿两个维度阵列布置。2.根据权利要求1所述的宽谱编码阵列滤光片的制备方法，其特征在于，包括：利用薄膜沉积方法在基板上沉积底层单层或多层薄膜；采用纳米压印方法在底层单层或多层薄膜表面一次性获得在第一维度高度不同的压印阵列结构；在得到的压印阵列结构上采用紫外光刻
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图形转移方法获得在第二维度高度不同的光刻阵列结构；最后利用薄膜沉积方法在光刻阵列结构上沉积顶层单层或多层薄膜，得到所述宽谱编码阵列滤光片。3.根据权利要求1所述的宽谱编码阵列滤光片的制备方法，其特征在于，所述第一维度和第二维度为方向垂直的两个维度。4.根据权利要求1所述的宽谱编码阵列滤光片的制备方法，其特征在于，在所述第一维度或第二维度上，高度依次增加或降低，且相邻高度差相等。5.根据权利要求1所述的宽谱编码阵列滤光片的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨陈楹，温俊仁，沈伟东，邵宇川，刘雨洁，王海兰，章岳光，张强，郝凌云，高程，朱泽宇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：