Способ изготовления рельефных голограмм со ступенчатым профилем полос Советский патент 1985 года по МПК G03H1/08 

WyyX K y yX VyyyX V%V S i V KC

с сс ч с оссч:

-J

2

.1 .

.Изобретение относится к области оптического приборостроения, а более KoliKpeTHo - к технологии изготовления синтезированных голограмм, которые используются в качестве фокупирующих и коррегирующих оптических элементов в оптических устройствах различного назначения.

Известен способ изготовления рельефных голограмм путем отбеливания амплитудной оптической голограммы l

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

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления рельефных голограмм со ступенчатьпу профилем полос. На подложку Si наносят рабочий SiOj и защитный (позитивный фоторезист) слои, а затем формируют рельеф путем избирательного удаления слоев, наносят следующий защитныц слой, и операции избирательного удаления слоев и нанесения следующего защитного слоя последовательно повторяют до достижения требуемого числа уровней рельефа 2J..

Недостатком известного способа является сложность его осуществлег ния ввиду необходимости применения процесса экспонирования слоя фоторезиста через амплитудные маски, от точности и качества изготовления которых зависит Кс1,чество получаемой голограммы.- Процесс изготовления масок является весьма трудоемким. Кроме того, согласно этому способу глубина травления рабочего слоя контролируется по времени (косвенно), что требует высокой стабильности параметров (температуры производственного помещения, концентрации раство- . ров и т.п.). Отклонение высоты профи ля голограммы от заданной величины 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 ступенчатым профилем полос, по которому на подложку наносят рабочий и защитньй слои, а затем формируют рельеф путем

732

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 из условия

d,(n,-1) -f d,(n2.-1) -, (1)

где d, d - толщина рабочего и защитного слоев соответветствен«о, при этом d. d, ;

n, П2 - показатели преломления материалов рабочего и защитного слоев соответственно;

Л - длина световой волны;

М - 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) + d,(n, - 1) |-,

при этом для бинарной голограммы число уровней N 2. Затем механическим способом, например с помощью алмазного резца, осуществляется удаление в полосах голограмм защитного и части рабочего слоев (фиг. 2). При этом каждую полосу (кольцо) голограммы выполняют в виде группы прорезанных полосок (колец) с постоянной шириной и щагом 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 защитный слой. в результате этих операций получается рельефная голограмма с двухуровневым (бинарным) профилем полос (фиг. 3). Для изготовления голограммы с 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 уровней N 3. Весь процесс повторяют еще один раз (фиг. 4-9). Для получения голограммы с N-уровневым профилем полос весь процесс изготовления повторяют N-1 раз, 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 ширину, либо она может изменяться по определенному закону, учитываемому при расчете голограммы. Предлагаемым способом могут быть изготовлены как отражательные, так .и пропускающие голограммы, причемпропускающие голограммы можно изгот вить либо используя в качестве защи ного и рабочего слоев прозрачные материалы, либо получением копии рель ёфа с голограммы, у которой в качес ве защитного и рабочего слоев испол зовались непрозрачные материалы. Ко пирование производят на прозрачном материале, например полиэфирной смо ле холодного отверждения. В случае использования копирования на смоле, формула, по которой определяют толщ ну защитного и рабочего слоев, принимает вид . N(n-1) где d dn + суммарная толщина рабочего и защитного слоев; п - 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 защитного и рабочего слоев с учетом условия п Hj принимает вид d -2 2 2N Предлагаемый способ открывает возможность достижения постоянства дифракционной эффективности голограмм, используемых в световых пучках с большой угловой апертурой. В этом случае для обеспечения постоянства разйостей 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, I 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 к-ачестве пробных стекол, где требуется одновременно высокая дифракционная эффективность (не менее 30%) и значительные величины световых диаметров (130 мм и более).

3 2

X -X X X xJ-r

X X X X X

.il

f/z.5

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.

X X X X