СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОПИЙ ДИФРАКЦИОННЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 1995 года по МПК G02B5/18 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к изготовлению дифракционных оптических элементов методом копирования нарезных и голограммных дифракционных решеток, синтезированных голограммных оптических элементов.

Известен способ изготовления копий дифракционных решеток, включающий операции последовательного нанесения на поверхность дифракционной решетки - матрицы разделительного слоя, слоя полимерного клея, содержащего 1,2-полипропиленгликольмалеинатфталат и стирол в массовом соотношении 4:3, в который перед склеиванием добавляют инициатор полимеризации окислительно-восстанови- тельную систему - нафтенат кобальта + перекись метилэтилкетона или ванадиевый ускоритель + гидроперекись кумола. Затем на слое полимерного клея размещают прозрачную подложку из стекла, производят отверждение полимерного клея при 26^оС в течение 15-20 ч и отделяют копию от дифракционной решетки-матрицы по разделительному слою [1,2].

Известный способ позволяет получать качественные копии дифракционных решеток, однако этот способ нетехнологичен в части приготовления и использования полимерного клея из-за взрывоопасности окислительно-восстановительной системы инициирования полимеризации.

Время гелеобразования полимерного клея под воздействием окислительно-восстановительной системы 15-30 мин при комнатной температуре, следовательно, жизнеспособность полимерного клея 10-20 мин. В связи с низкой жизнеспособностью полимерного клея его приготавливают перед каждым технологическим циклом склеивания дифракционной решетки с подложкой из стекла для копии, что существенно снижает производительность труда в производстве, в особенности при массовом изготовлении копий дифракционных решеток. К тому же технологический цикл отверждения полимерного клея под воздействием окислительно-восстановительной системы происходит в течение длительного времени (15-20 ч).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ изготовления копий дифракционных решеток, включающий последовательное нанесение на решетку-матрицу разделительного слоя путем обработки парами диметилдихлорсилана, слоя полимерного клея, прозрачной подложки из стекла, отверждение полимерного клея и отделение копии от матрицы [3]. Способ-прототип позволяет получать копии дифракционных решеток с хорошими спектральными и эксплуатационными характеристиками. Основными недостатками в технологическом процессе способа-прототипа являются взрывоопасность процесса приготовления полимерного клея, отверждающегося под воздействием окислительно-восстановительной системы, его низкая жизнеспособность (10-20 мин), большая длительность процесса отверждения (15-20 ч) при 26^оС и вероятность коррозии отражающего слоя из алюминия под воздействием хлористого водорода, выделяющегося при гидролизе диметилдихлорсилана.

Целью изобретения является повышение технологичности процесса изготовления копий дифракционных оптических элементов.

Это достигается тем, что в известном способе изготовления копий дифракционных оптических элементов, включающем нанесение на поверхность дифракционного оптического элемента-матрицы слоя полимерного клея, размещения на слое полимерного клея прозрачной подложки из стекла, отверждение полимерного клея и отделение копии от матрицы, полимерный клей содержит олигоэфиракрилат, в качестве которого используют диметакрилат триэтиленгликоля или диметакрилат тетра- этиленгликоля, причем в полимерный клей дополнительно вводят инициатор фотополимеризации алкиловый эфир бензоина формулы
C₆H₅-CO--C₆H₅ где R - метил или этил, или пропил, или изо-пропил, или бутил, или изо-бутил в количестве 0,5-1,5 мас.% от олигоэфиракрилата, а отверждение полимерного клея производят под воздействием ультрафиолетового излучения.

Для увеличения смачиваемости рабочих поверхностей дифракционного оптического элемента-матрицы и прозрачной подложки из стекла для копии и растекаемости полимерного клея, что важно при копировании дифракционных оптических элементов больших (например, диаметром 100-500 мм и более) размеров, в его состав дополнительно вводят пластификатор типа диалкилфталатов в количестве 1-10 мас.% от олигоэфиракрилата.

Способ изготовления копий дифракционных оптических элементов осуществляют путем выполнения следующих операций.

1. Приготовление клея.

В колбу с притертой пробкой из стекла помещают навески указанных олигоэфиракрилата и фотоинициатора полимеризации из расчета 0,5-1,5 мас.% фотоинициатора от массы олигоэфиракрилата.

2. Склеивание дифракционного оптического элемента-матрицы с прозрачной подложкой из стекла для копии. Дифрак- ционный оптический элемент - матрицу устанавливают в горизонтальном положении и на его поверхность наносят слой полимерного клея. На слое полимерного клея размещают прозрачную подложку из стекла.

3. Отверждение полимерного клея производят путем ультрафиолетового облучения слоя полимерного клея через прозрачную подложку из стекла для копии, например, в режиме излучения лампы ДРК-120 на расстоянии 15 см (освещенность 5000 лк) в течение 5-20 мин.

4. Отделение копии от матрицы производят в специальном приспособлении путем механического временного деформирования их подложек из стекла.

П р и м е р ы. По предлагаемому способу были изготовлены опытные партии копий нарезных и голограммных дифракционных решеток, а также копии синтезированных голограммных оптических элементов:
синтезированной голограммной линзы
(фазовой зонной пластинки Френеля);
голограммной линзы-тор;
голограммной линзы-аксикон;
цилиндрической голограммной линзы;
голограммного линзового растра.

Состав полимерного клея, используемого в примерах конкретного выполнения, приведен в табл.1.

Оптимальный состав полимерного клея и режим его отверждения определяют экспериментально путем пробного копирования дифракционных оптических элементов.

Технологические характеристики полимерного клея предлагаемого способа приведены в табл. 2, из которой видно, что жизнеспособность полимерного клея, отверждаемого под воздействием ультрафиолетового излучения, значительно превы- шает жизнеспособность полимерного слоя способа-аналога и способа-прототипа.

Повышение жизнеспособности полимерного клея в технологическом процессе изготовления копий до 20-30 сут при комнатной 19-22^оС температуре (и до 2-3 мес хранения в бытовом холодильнике) позволяет приготавливать крупную партию полимерного клея, тогда как в способе- прототипе полимерный клей приготавливается перед каждым склеиванием прозрачной подложки из стекла с матрицей. Сокращение времени отверждения полимерного клея в предлагаемом способе позволяет повысить оборот дифракционных оптических элементов-матриц по сравнению со способом-прототипом. Важным преимуществом предлагаемого способа является более высокая (в 3 раза) воспроизводимость толщины полимерного слоя копии, что важно при получении решеточных узлов ввода-вывода излучения методом копирования дифракционных решеток. Высокая воспроизводимость толщины полимерного слоя копий в предлагаемом способе объясняется тем, что нарастание вязкости полимерного клея происходит только при его ультрафиолетовом облучении, тогда как в способе-прототипе нарастание вязкости полимерного клея под воздействием окислительно-восстановительной системы происходит сразу же после прибавления ее в смолу и продолжается до точки гелеобразования. Поэтому естественно, что по мере нарастания вязкости полимерного клея одной и той же партии приготовлении толщина полимерного слоя копий увеличивается от первой до последней копии дифракционного оптического элемента.

Предлагаемый способ изготовления копий дифракционных оптических элементов обеспечивает копирование оптической поверхности с точностью общей ошибки N до 0,2 и местной ошибки Δ N до 0,1 интерференционной полосы. Оптические характеристики полученных копий соответствуют оптическим характеристикам дифракционных оптических элементов-матриц.

Таким образом, применение предлагаемого способа изготовления копий дифракционных оптических элементов благодаря дополнительному введению в олигоэфиракрилат алкилового эфира бензоина и отверждения полимерного клея под воздействием ультрафиолетового излучения через прозрачную подложку из стекла позволяет повысить технологичность процесса изготовления копий дифракционных оптических элементов за счет сокращения времени отверждения полимерного клея (с 15-20 ч до 5-20 мин), повышения жизнеспособности полимерного клея (с 10-20 мин до 20-30 сут) и увеличения (в 3 раза) воспроизводимости толщины полимерного слоя копий дифракционного оптического элемента.

Использование: при изготовлении дифракционных оптических элементов методом копирования. Сущность изобретения: на поверхность дифракционного оптического элемента - матрицы наносят слой отверждаемого полимерного клея, который содержит олигоэфиракрилат, в качестве которого используют диметакрилат триэтиленгликоля или диметакрилат тетроэтиленгликоля, причем в полимерный клей дополнительно вводят инициатор фотополимеризации - алкиловый эфир бензоина формулы, приведенной в тексте описиния, причем в полимерный клей дополнительно может быть введен пластификатор в количестве 1 - 10 мас.% от олигоэфиракрилата. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОПИЙ ДИФРАКЦИОННЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, включающий нанесение на поверхность дифракционного оптического элемента-матрицы слоя полимерного клея, размещенного на слое полимерного клея прозрачной подложки из стекла, отверждение полимерного клея и отделение копии от матрицы, отличающийся тем, что полимерный клей содержит олигоэфиракрилат, в качестве которого используют диметакрилат триэтиленгликоля или диметакрилат тетраэтиленгликоля, причем в полимерный клей дополнительно вводят инициатор фотополимеризации - алкиловый эфир бензоина общей формулы

где R - метил, или этил, или пропил, или бутил, или изобутил в количестве 0,5 - 1,5 % от массы олигоэфиракрилата,
а отверждение полимерного клея производят под воздействием ультрафиолетового излучения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в полимерный клей дополнительно вводят пластификатор в количестве 1 - 10 % от массы олигоэфиракрилата.