СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕШЁТОК-ПОЛЯРИЗАТОРОВ Российский патент 2016 года по МПК G02B5/30 

Изобретение относится к технологии изготовления решеток-поляризаторов, используемых для поляризации инфракрасного излучения в оптических приборах.

Известен способ изготовления решеток-поляризаторов, по которому с решетки-матрицы, содержащей штрихи ступенчатого профиля, снимают прозрачную копию с последующим нанесением на одну из граней каждого штриха проводящего металлического покрытия (ОМП, 1964, №10, с. 28). При этом проводящее металлическое покрытие наносят под косым углом, приблизительно равным углу «блеска» решетки-матрицы, к поверхности копии, в результате чего на поверхности копии образуется регулярная структура проводящих металлических элементов в виде тонких металлических полосок.

Этот способ позволяет изготавливать решетки-поляризаторы с числом металлических элементов, равным числу штрихов прозрачной копии, обладающие достаточно хорошими спектральными характеристиками в области спектра, в которой длина волны излучения примерно равна учетверенному и больше шагу решетки прозрачной копии. В области спектра, где длина волны меньше указанной, спектральные характеристики таких решеток-поляризаторов ухудшаются. Расширение рабочей области спектра решеток-поляризаторов в сторону более коротких, чем учетверенный шаг решетки, длин волн возможно путем удвоения числа металлических элементов, выполненных на каждом из штрихов прозрачной копии. Однако известный способ не позволяет этого осуществить, так как при нанесении покрытия под косым углом к поверхности копии по этому способу металлические элементы образуются только в верхней части одной из граней штрихов, т.е. по одному металлическому элементу на каждом из штрихов.

Известен также способ массового производства поляризаторов (ЕР 1241490, 18.09.2002, Csem Centre Suisse D′Electronique Et De Microtechnique Sa (GB)), по которому осуществляют последовательно технологические операции получения прозрачной реплики, нанесения металлического покрытия под углом к поверхности решетки и покрытия поляризатора защитным покрытием, для предохранения металла от окисления или повреждения из-за влажности или других условий окружающей среды. Дополнительная (по сравнению с предыдущим способом) операция нанесения защитного покрытия широко применяется в оптическом производстве и очень сильно влияет на поляризационные свойства, уменьшая коэффициент экстинкции для поляризованного света.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления решеток-поляризаторов с удвоенным числом металлических элементов на каждом из штрихов прозрачной копии, по которому для расширения рабочей области спектра перед снятием копии на решетку-матрицу наносят под косым углом к ее поверхности разделительный слой и металлическое покрытие (а.с. №599242; М. Кл.² G02B 5/30; 25.03.78, Бюллетень №11).

Этот способ осуществляется следующим образом.

На решетку-матрицу, содержащую штрихи ступенчатого профиля и предварительно защищенную, наносят вакуумным испарением разделительный слой и металлическое покрытие. При этом решетку-матрицу ориентируют так, чтобы ее рабочая поверхность была расположена под косым углом к направлению на испаритель, а испаряемый материал конденсировался на одной из граней штрихов.

Затем контактным копированием с решетки-матрицы снимают прозрачную копию. При этом металлическое покрытие (металлические элементы) по разделительному слою отделяют от решетки-матрицы и оставляют на штрихах прозрачной копии. После этого на полученную копию наносят металлическое покрытие, ориентируя ее по отношению к испарителю при этом так, чтобы испаряемый металл конденсировался на гранях штрихов, до этого свободных от металлического покрытия.

Недостатком этого способа является ограниченное применение копирующих материалов для получения прозрачных копий решеток-поляризаторов. В качестве копирующих материалов успешно применяют раствор фторопласта Ф-32-Л, образующий после полимеризации гибкую пленку, или раствор оргстекла (полиметилметакрилат), образующий после полимеризации пленку с низкой механической прочностью, и не обладающие адгезионными свойствами к материалу подложки. Получаемые гибкие пленочные решетки-поляризаторы имеют низкую плоскостность рабочей поверхности и не позволяют получать качественный волновой фронт отраженного от рабочей поверхности решетки-поляризатора излучения. При попытках получения решеток-поляризаторов на жестких подложках с применением растворов смол, например полиэфирных или эпоксидных, происходит нарушение рабочей поверхности решетки-поляризатора за счет высокой адгезии этих материалов к поверхности решетки-матрицы.

Еще один недостаток - нарушение правильной геометрии элементов металлического покрытия при копировании обусловлен тем, что растворы копирующих материалов частично попадают в разделительный слой, нарушают прочность элементов металлического покрытия и деформируют его.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение технологичности способа и получение решеток-поляризаторов с более высокой механической прочностью и плоскостностью за счет применения в качестве копирующих материалов полиэфирных или эпоксидных смол, позволяющих использовать их с жесткой подложкой, для получения качественного волнового фронта проходящего и отраженного излучения.

Указанная задача решается тем, что в способе изготовления решеток-поляризаторов, заключающемся в нанесении на решетку-матрицу, содержащую рельефные штрихи, упрочненные защитным покрытием, разделительного слоя и металлического покрытия, формировании на решетке-матрице и отделении от нее прозрачной в заданной области спектра копии с последующим нанесением металлического покрытия на свободные от него грани штрихов, при этом металлические покрытия наносят под косым углом к поверхности решетки-матрицы, формируют защитный слой из материала, прозрачного в заданной области спектра, и наносят на решетку-матрицу непосредственно перед формированием копии, при этом разделительный и защитный слои наносят нормально к поверхности решетки-матрицы, а при формировании копии на копирующем материале размещают подложку из материала, также прозрачного в заданной области спектра.

В качестве материала копии по одному предлагаемому варианту используют полиэфирные смолы.

В качестве материала копии по другому предлагаемому варианту используют эпоксидные смолы.

На фиг. 1 изображена схема нанесения на решетку-матрицу последовательно а) разделительного слоя; б) металлического покрытия; в) защитного слоя. На фиг. 2 изображены: а) схема формирования прозрачной копии с решетки-матрицы; б) копия решетки-матрицы с металлическими элементами на одной из граней штрихов; в) - схема нанесения металлического покрытия на свободные грани штрихов копии.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

На решетку-матрицу 1, содержащую штрихи ступенчатого профиля и предварительно упрочненные защитным покрытием (на схеме не показано), наносят вакуумным испарением нормально к ее поверхности разделительный слой 2, затем наносят металлический слой 3 на решетку-матрицу 1, переориентируя ее так, чтобы рабочая поверхность была расположена под косым углом к направлению на испаритель, а испаряемый металл 3 конденсировался на верхних частях одной из граней штрихов, далее дополнительно наносят нормально к поверхности решетки-матрицы защитное покрытие 4 из материала, прозрачного в заданной области спектра. Формируют из материала, прозрачного в заданной области спектра, копию 5. На материале копии 5 размещают подложку 6 из материала, также прозрачного в заданной области спектра. Далее контактным копированием с решетки-матрицы 1 снимают прозрачную копию 5 с размещенной на ней подложкой 6. При этом защитный слой 4 и металлическое покрытие (металлические элементы) 3 по разделительному слою 2 отделяют от решетки-матрицы 1 и сохраняют на штрихах прозрачной копии 5. Как правило, защитный слой 4 обладает адгезионными свойствами, что способствует лучшему закреплению металлического покрытия 3 на копии 5. Затем на полученную копию 5 наносят металлическое покрытие 3, ориентируя ее по отношению к испарителю так, чтобы испаряемый металл конденсировался на верхних частях граней штрихов, до этого свободных от металлического покрытия. В качестве материала копии 5 по одному предлагаемому варианту используют полиэфирные смолы, а в качестве материала копии 5 по другому предлагаемому варианту - полиэфирные смолы.

Пример. Для получения решетки-поляризатора с удвоенным числом металлических элементов на каждом из штрихов прозрачной копии предлагаемым способом выбирают решетку-матрицу 1 (фиг. 1), со штрихами треугольного или квазисинусоидального профиля и предварительно упрочненные защитным покрытием, например моноокисью кремния (кварц) или вольфрамом, для предохранения ее штрихов от порчи при многократном копировании. Затем на решетку-матрицу 1 вакуумным испарением последовательно наносят разделительный слой 2, например фуксин или манит, металлическое покрытие 3, например алюминий или золото, и дополнительно защитное покрытие 4, например фтористый магний или моноокись кремния. При этом разделительный слой 2 и защитный слой 4 наносят нормально к поверхности решетки-матрицы, а при нанесении металлического покрытия 3 решетку-матрицу ориентируют по отношению к испарителю так, чтобы ее поверхность и направление на испаритель составляли угол, обеспечивающий конденсацию металла только на верхних частях граней штрихов решетки-матрицы 1. После нанесения разделительного 2, металлического 3 и защитного 4 слоев формируют и снимают с решетки-матрицы прозрачную в заданной области спектра копию 5.

Для этого на рабочую поверхность решетки-матрицы наливают раствор, например, полиэфирной ПГМФ (полипропиленгликольмалеинатфталат) или эпоксидной ЭД-20 смолы и размещают на нем прозрачную в заданной области спектра подложку 6, например, из кварцевого стекла, стекла или фтористого кальция. Решетку-матрицу 1 предварительно устанавливают в горизонтальное положение с тем, чтобы раствор смолы равномерно распределился по всей рабочей поверхности. После полимеризации раствора смолы и удаления по периметру его излишков образовавшуюся копию 5 вместе с подложкой 6 отделяют от решетки-матрицы 1. Защитное 4 и металлическое покрытие 3 при этом отделяют от решетки-матрицы 1 по разделительному слою 2 и сохраняют на штрихах прозрачной копии 5. После этого на полученную копию 5 вторично наносят металлическое покрытие 3. Условия нанесения подбирают так, чтобы испаряемый металл конденсировался на гранях штрихов, до этого свободных от металлического покрытия. При этом обеспечивается конденсация металла на верхних частях граней штрихов копии 5. Полученную решетку-поляризатор с удвоенным числом металлических элементов на каждом из штрихов прозрачной копии используют в качестве поляризатора для ближней и средней ИК-областей спектра.

Предлагаемый способ позволяет получать решетки-поляризаторы, используя в качестве копирующих материалов полиэфирные или эпоксидные смолы. Получаемые решетки-поляризаторы обладают высокой механической прочностью, плоскостностью рабочей поверхности и, как следствие, улучшенным качеством волнового фронта проходящего и отраженного излучения.

Способ изготовления решеток-поляризаторов включает в себя нанесение на решетку-матрицу разделительного слоя и металлического покрытия. Наносят дополнительно защитный слой из материала, прозрачного в заданной области спектра. Формируют на решетке-матрице прозрачную в заданной области спектра копию. При формировании размещают на копирующий материал подложку из материала, также прозрачного в заданной области спектра. Отделяют копию вместе с подложкой. После чего наносят на копию металлическое покрытие на свободные от него грани штрихов. Металлические покрытия наносят под косым углом к поверхности решетки-матрицы на верхние части граней штрихов. Разделительный и дополнительный защитный слои наносят нормально к поверхности решетки-матрицы. В качестве материала копии используют полиэфирные или эпоксидные смолы. Технический результат - повышение технологичности способа и получение решеток-поляризаторов с более высокой механической прочностью и плоскостностью за счет применения в качестве копирующих материалов полиэфирных или эпоксидных смол, позволяющих использовать их с жесткой подложкой, для получения качественного волнового фронта проходящего и отраженного излучения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ изготовления решеток-поляризаторов, заключающийся в нанесении на решетку-матрицу, содержащую рельефные штрихи, упрочненные защитным покрытием, разделительного слоя и металлического покрытия, формировании на решетке-матрице и отделении от нее прозрачной в заданной области спектра копии с последующим нанесением металлического покрытия на свободные от него грани штрихов, при этом металлические покрытия наносят под косым углом к поверхности решетки-матрицы, отличающийся тем, что формируют защитный слой из материала, прозрачного в заданной области спектра, и наносят на решетку-матрицу непосредственно перед формированием копии, при этом разделительный и защитный слои наносят нормально к поверхности решетки-матрицы, а при формировании копии на копирующем материале размещают подложку из материала, также прозрачного в заданной области спектра.

2. Способ изготовления решеток-поляризаторов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала копии используют полиэфирные смолы.

3. Способ изготовления решеток-поляризаторов по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала копии используют эпоксидные смолы.