偏振光直写相位光栅试验分析和的研究

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1、摘要摘要激光直写技术随着大规模集成电路的发展而于20世纪80年代中期提出，发展历史虽不长却取得了长足的进步，各发达国家都对激光直写技术进行了深入的研究并出现了一些专门研制激光直写系统的厂家。激光直写技术也由最初的无扫描的直写方式，直写过程以栅格作为行程标记发展成有扫描的直写方式，基于空间光调制器逐个图形扫描而无需行程标记。目前，逐点曝光的激光直写系统已基本成熟，系统的研制倾向于争取用途的功能开发与提升。近年来偶氦聚合物新颖的光学性能引起了广泛的重视。在光照作用下，偶氮基元可发生可逆的顺反(}阳刀s—o妇)异构变化。在偏振光作用下，￡，日疗s异构体分子轴

2、向倾向于排列在垂直于入射光电矢量的方向上。还可以在光照下或通过加热形成c』s一椭，7占转变。这种异构化作用，引起分子的重取向，可以引起有机体多种物理性质的变化，如溶解度、透光率、介电常数和折射率等。这类聚合物在光信息领域有着巨大的潜在应用前景。本文基于激光直写技术的日益成熟及偶氮材料优越的光致异构特性，提出了偏振光光强和偏振态动态调节以控制偶氮聚合物光致双折射程度的方法。基于这一思想，本文主要做了以下工作。1．参照逐点曝光的直写技术，加入了利用电光调制器控制写入光偏振方向的部分，建立了偏振光直写系统。该系统通过共焦部分调准对焦，并可控制写入光光强和偏振

3、态，为后续的实验工作打下了基础。2．通过与化学系的合作，深入研究了偶氮聚合物的光致异构特性，并通过实验比较了不同材料的重复擦写能力，选定了最适合实验的材料，并通过实验证实了该材料折射率变化有较大的变化范围，可以有广泛的应用空间。3．利用建立的宜写系统进行了相位光栅的刻写，并在此基础上进行了光栅衍射效率、表面起伏和各衍射级次偏振特性的测量，为后续细化工作奠定了基础。这种相位光栅制作方法简便，刻写环境要求不高，室温下相对较稳定，而且光栅系数可以方便的调整，与相位全息方法相比，直写技术具有精度高，强度、偏振场可控，刻写方式灵活，可刻写任意图形，适合制作各类衍

4、射元件。关键词：偶氮聚合物偏振光直写相位光栅光致异构论文原创性和授权使用声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。一本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定

5、。作者签名：蕈毒墨2价葛年舌月f。日第一章绪论。lⅡ舢m㈣执蚀荆_1——■——■●——■———■一I基片

6、变剂量曝光．一一．·一一一I基片I显影888888888888洲洲广—k—k石-—。1姗I基片l～一图1．5二元光学器件激光直写原理正是基于激光直写技术的迅速发展及众多的优点，本文提出了利用偏振光直写系统制作相位光栅的实验方案，设计了偏振光直写系统。1．3多种激光直写系统1．3．1直角坐标方式的激光直写系统直角坐标方式的激光直写系统m¨J如图1．6所示。表面涂有抗蚀材料的基片置于x．y平台上，被聚焦的He．Cd激光束(丑=0．442∥肌)对其进行光

7、栅式扫描并变剂量曝光。x．y平台置于4个气垫支柱支撑的花岗石平台上，由线性马达驱动．并由激光干涉仪精确定位。声光调制器控制He．Cd激光束的强度，经物镜聚焦于基片上，对抗蚀材料进行变剂量曝光。CCD(Cha曜ecoupleDevjce，即电荷耦合器件)摄像头可检测物镜聚焦情况，并由压电陶瓷控制实现自动聚焦。另外，花岗石基座上设有主动抗振装置。整个系统由计算机控制，实现同步操作。该类激光直写系统的典型工作参数如下：x．y平台的移动范围300mmx300mm，静态定位精度O．1眦，动态定位精度O．15啪，干涉仪脉冲当量O．02um，声光调制器控制激光束强度

8、的变化为256个等级，物镜的放大倍率为50。焦斑大小1．51lm(1／e光强点)，扫描线间距l啪，写入速度lonl眺，完成一个10mm圆片的曝光需要2～3小时。第一章绪论■图1．6基于x·y精密平台的激光直写系统．5328弘m1．3．2极坐标方式的激光直写系统极坐标方式的激光直写系统【12。3】如图1．7所示。He．Cd激光束经两声光调制器后，由高数值孔径的物镜汇聚，并由压电陶瓷控制自动聚焦于涂有抗蚀材料的基片上。当聚焦光斑不动时，回转平台随气浮转轴的匀速旋转，使基片上的一个圆环等剂量曝光(假定其它参数不变)，此时曝光圆环的宽度等于聚焦光斑的大小：而一

9、维平台的线形移动可改变聚焦光斑相对回转平台中心的偏移量，即改变基片上曝光圆环的半径，从而可对整