电子束光刻技术已显示出在非平面基底上制作衍射光学元件的前景。这种光学元件可以包括带有弯曲光栅线的凸面或凹面衍射光栅,用于成像光谱仪或其他科学仪器,其波长从紫外到中红外。

迄今为止,衍射光学元件,各种各样的,由钻石线和光学全息术制成的,已在市场上只能在平面基板上。这些栅格上的线条要么是直的,要么至多有适度而规则的弯曲。相比之下,由电子束光刻制成的衍射光学元件可以具有任意的线形状和/或任意的相位函数。

用电子束光刻法将基片刻划成不同焦深的区域,其方法基本上与在地形图上形成高程等高线的方法相同。然后在每个区域进行电子束子模式曝光。

目前的电子束光刻技术是另一种新发展的电子束光刻技术的延伸,该技术将相位全息图写入平面基板上的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜中。通过形成图案或控制电子束曝光和监控显影/蚀刻过程直到达到精确的深度,可以在0.5-µm-square区域内将光学相位延迟调整到小于1/50波长的精度。在平面基板上使用这种技术生产的器件包括菲涅耳透镜、菲涅耳透镜阵列、带有直线和弯曲凹槽的光栅、产生灰度图像的全息图以及用于自由空间光学互连的图案。

将该技术应用于凹面或凸面基板(见图)包括以下步骤:

  1. 在基板上建立一个点网格。
  2. 对于每个网格点,确定电子束装置的聚焦、旋转和偏转校准值。
  3. 根据步骤2获得的值,确定聚焦深度,在此范围内,模式误差可以忽略不计,并使用聚焦深度信息来定义深度区域。
  4. 将公开模式划分为子模式—每个深度区域有一个子模式。
  5. 使用电子束装置,根据其子模式暴露每个深度区域。在继续下一个子模式时,根据需要重新调整设备。

利用该技术在凸球面基底上形成一个小型的衍射光栅原型。在一次测试中,光栅显示了88%的一级衍射效率。没有证据表明光栅因衬底的曲率而退化。光栅的原型很小。持续的开发努力是为了增加这种类型光栅的图形面积和减少散射光的数量(与衍射光不同)。

这项工作是由加州理工学院的保罗·梅克,理查德·穆勒和丹尼尔·威尔逊完成的美国宇航局喷气推进实验室根据公法96-517,承包者选择保留这项发明的所有权。有关其商业使用权利的查询应向:

加州帕萨迪纳市橡树林路4800号邮政站122-116号,喷气推进实验室技术报告办公室,邮编91109;(818) 354 - 2240。

是指非营利组织- 20296


光子技术简报杂志

本文首次发表于1999年5月号光子学技术简介杂志。

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