Способ изготовления рельефных голограмм со ступенчатым профилем полос

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЛЬЕФНЫХ ГОЛОГРАММ СО СТУПЕНЧАТЫМ ПРОФИЛЕМ ПОЛОС, заключающийся в том. что на подложку наносят рабочий и защитный слои, а затем формируют рельеф путем избирательного удаления слоев, наносят следующий защитный слой и операции избирательного удаления слоев и нанесения следующего защитного слоя последовательно повторяют до достижения требуемого числа уровней рельефа, о т л и ч а ю щ. и Йс я тем, что, с целью упрощения процесса изготовления голограмм с сохранением их высокой дифракционной эффективности, дополнительно перед нанесением защитного слоя после каждого очередного этапа удале . ния слоев, кроме последнего, наносят рабочий слой, а травление каждый раз осуществляют до подложки.

СОЮЗ СОЮТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЯИН (19) (11) 4(S1) " 03 Н 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2

В2. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОБретений и oTHpbfTHA (21) 3650314/24-25 (22) 25.07.83 (46) 23,02.85. Бюл. )I- 7 (72) А.А. Бердинский, Л.P. Гайнутдинов, А.В. Лукин, К.С. Мустафин, P.À. Рафиков и IO.Ï. Стрельников (53) 772 ° 99(088.8) (56) 1. Регистрирующие среды для голографии. Под ред. Н.И. Кириллова и В.А. Барачевского. Л., "Наука", 1975, с. 18-19.

2. Auria 1.. Photolitographic fabrication thin film-"Optics commnicatiопв", 1972, v.5, Ф 4, р. 232-235 (прототип). (54).(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЛЬЕФНЫХ ГОЛОГРАММ СО СТУПЕНЧАТЫМ

ПРОФИЛЕМ ПОЛОС; заключающийся в том, что на подложку наносят рабочий и защитный слои, а затем формируют рельеф путем избирательного удаления слоев, наносят следующий защитный слой и операции избирательного удаления слоев и нанесения следующего защитного слоя последовательно повторяют до достижения требуемого числа уровней рельефа, о т л и ч а ю щ-и йс я тем, что, с целью упрощения процесса изготовления голограмм с сохранением их высокой дифракционной эффективности, дополнительно перед нанесением защитного слоя после каждого очередного этапа удаления слоев, кроме последнего, наносят рабочий слой, а травление каждый раз осуществляют до подложки.

1141373,Изобретение относится к области оптического приборостроения, а более конкретно — к технологии изготовления синтезированных голограмм, которые используются в качестве фокусирующих и коррегирующих оптических элементов в оптических устройствах различного назначения.

Известен способ изготовления рельефных голограмм путем отбеливания амплитудной оптической голограммы (1j .

Недостатком такого способа является необходимость формирования при записи голограммы реального светового поля, что не всегда возможно. l5

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления рельефных голограмм со ступенчатым профилем полос. На подложку Si наносят рабочий SiO и защитный (позитивный 20 фоторезист) слои, а затем формируют рельеф путем избирательного удаления слоев, наносят следующий защитный слой, и операции избирательного удаления слоев и нанесения следующе- 25

ro защитного слоя последовательно повторяют до достижения требуемого числа уровней рельефа (2 )., Недостатком известного способа является сложность его осуществле-, щ ния ввиду необходимости применения процесса экспонирования слоя фоторезиста через амплитудные маски, от точности и качества изготовления которых зависит качество получаемой голограммы. Процесс изготовления масок является весьма трудоемким. Кроме того, согласно этому способу глубина травления рабочего слоя контролируется по времени (косвенно), что 4О требует высокой стабильности параметров (температуры производственного помещения, концентрации растворов и т.п.). Отклонение высоты профи ля голограммы от заданной величины 4> ведет к уменьшению дифракционной эффективности получаемой голограммы.

Целью изобретения является упрощение процесса изготовления рельефных голограмм со ступенчатым профилем полос при сохранении их высокой дифракционной эффективности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления рельефных голограмм со ступенча- 55 тым профилем полос, по которому на подложку наносят рабочий и защитный слои, а затем формируют рельеф путем избирательного удаления слоев, наносят следующий защитный слой и операции избирательного удаления слоев и нанесения следующего защитного слоя последовательно повторяют до достижения требуемого числа уровней рельефа, дополнительно перед нанесением зищитного слоя после каждого очередного этапа удаления слоев, кроме последнего„наносят рабочий слой, а травление каждый раз осуществляют, до подложки.

Толщины слоев выбирают нз условия q(nq 1) + d (п, -1) — —, (1)

Л где д, Й вЂ” толщина рабочего и защитного слоев соответветственно, при этом

Д )) Д 4

n „, n — показатели преломления материалов рабочего и защитного слоев соот.— ветственно; A — длина световой волны; 1 — число уровней профиля полосы голограммы.

На фиг. 1-6 показана структура для изготовления двухуровневой (бинарной) голограммы; на фиг. 7-9— структура для изготовления трехуровневой голограммы.

Способ реализуют следующим образом.

На подложку 1 наносится двухслойное покрытие, состоящее из рабочего

2 и защитного 3 слоев (фиг. 1), толщину слоев выбирают в соответствии с формулой

d„(n„- 1) + д, (и, — 1) h при этом для бинарной голограммы число уровней N =. 2. Затем механическим способом, например с помощью алмазного резца, осуществляется удаление в полосах голограмм зашитного и части рабочего слоев (фиг. 2). При этом каждую полосу (кольцо) голограммы выполняют в виде группы прорезанных полосок (колец) с постоянной шириной и шагом следования, причем ширина каждой полоски (кольца) больше шага следования этой же полоски (кольца). Оставшийся в полосах рабочий слой удаляется путем травления его до поверхности подложки травителем, к действию которого устойчив защитll41373 ный слой. В результате этих операций получается рельефная голограмма с двухуровневым (бинарным) профилем полос (фиг. 3).

Для изготовления голограммы с

5 трехуровневым профилем полос толщину рабочего 2 и защитного 3 слоев (фиг. 4) выбирают из того же уровня, что и для двухуровневой голограммы, подставляя в него число 1О уровней N = --3. Весь процесс повто ряют еще один раз (фиг. 4-9).

Для получения голограммы с N-уровневым профилем полос весь процесс изготовления повторяют N-1 раз, 15 изменяя лишь ширину удаляемой полосы (фиг. 1) защитного и части рабочего слоя, исходя из того, что все

N-1 ступеней в каждой полосе N-уровневой голограммы имеют либо равную 20 ширину, либо она может изменяться по определенному закону, учитываемому при расчете голограммы.

Предлагаемым способом могут быть изготовлены как отражательные, так 25 ,и пропускающие голограммы, причем . пропускающие голограммы можно изготовить либо используя в качестве защитного и рабочего слоев прозрачные материалы, либо получением копии рель- 30 ефа с голограммы, у которой в качестве защитного и рабочего слоев использовались непрозрачные материалы. Копирование производят на прозрачном материале, например полиэфирной смоле холодного отверждения. В случае использования копирования на смоле, формула, но которой определяют толщину защитного и рабочего слоев, принимает вид 40

N (и-1) где d = d4 + d — суммарная толщина рабочего и защитного слоев; 45 и — показатель преломления полиэфирной смолы °

Если голограмма предназначена, для использования в отраженном свете, то после изготовления ступенчатого профиля на нее дополнительно наносят отражающее покрытие, а формула, по которой определяется толщина saщитного и рабочего слоев с учетом условия n = n = -1, принимает вид

2N

Предлагаемый способ открывает возможность достижения постоянства дифракционной эффективности голограмм, используемых в световых пучках с большой угловой апертурой. В этом случае для обеспечения постоянства разностей оптических путей в соседних полосах голограммы, рабочий и защитный слои необходимо наносить переменной толщины, что позволяет скомпенсировать изменение разности оптических путей. при изменении угла падения луча на голограмму.

Таким образом, могут быть изготовлены голограммы, предназначенные для использования в качестве корригирующих и образцовых оптических элементов в голографических интерферометрах при контроле качества оптических элементов и систем (в том числе и асферической оптики).

Особый практический интерес представ ляет применение рельефных синтезированных голограмм в качестве пробных стекол, где требуется одновременно высокая дифракционная эффективность (не менее ЗОБ) и значительные величины световых диаметров (130 мм и более).

il41373

2

8

1

2

Составитель В. Аджалов

Редактор В. Иванова Техред С.Легеза КорреКтор И. Самборская

Заказ 493/35 Тираж 448 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

If3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", z. Ужгород, ул. Проектная, 4