Новую технологию изготовления дифракционной оптики разработали в Новосибирске
Термохимическая запись структур. Источник: пресс-служба ИАиЭ СО РАН
Сотрудники Института автоматики и электрометрии СО РАН (Новосибирск) создали новые технологии прямой лазерной записи дифракционных структур на металлических пленках с антиотражающим покрытием, сообщает издание СО РАН "Наука в Сибири". Разработки помогут сделать дифракционные оптические элементы более компактными и повысить экономическую эффективность производства оптических устройств. Исследования в рамках этого проекта были поддержаны Российским научным фондом.
В дифракционной оптике преобразование света осуществляется за счет законов дифракции, то есть огибания волнами препятствий. Дифракционные оптические элементы представляют собой прозрачные или отражающие тонкие пластины со сформированным на них микрорельефом. Их применяют в высокоточной измерительной технике, физике лазеров, космосе, медицине и множестве бытовых устройств (например, в качестве оптических компонентов сканеров штриховых кодов в магазинах).
Одна из технологий изготовления таких элементов - прямая термохимическая лазерная запись, при которой на кварцевую или стеклянную подложку напыляют пленку хрома толщиной 25-30 нанометров, на которой сначала наносят нужный рисунок, и там, где прошел лазер, формируется оксидная пленка.
Затем с подложки смывается (стравливается) и хром, и, значительно медленнее, оксид хрома, и в конечном счете в ранее открытых участках подложки образуются достаточно глубокие канавки.
«Перед нами стояла задача расширить возможности по изготовлению элементов дифракционной оптики с использованием термохимической технологии лазерной записи. Сегодня для этого мы активно применяем технологию лазерной записи на пленках хрома. Однако у хрома, кроме преимуществ, есть и свои недостатки. Например, при лазерной записи на его пленках нельзя добиться сквозного окисления. Кроме того, жидкостный травитель хрома, помимо металлической пленки, травит и записанный оксидный рисунок. Это накладывает ограничение на глубину микрорельефа, который возможно получить в подложке с помощью данной технологии», — рассказывает руководитель проекта РНФ научный сотрудник лаборатории дифракционной оптики ИАиЭ СО РАН кандидат технических наук Дмитрий Белоусов.
В итоге исследователи решили напылять поверх металлических пленок тонкий слой кремния, который должен был защитить металлическую пленку от окисления.
Для расширения направлений исследования, помимо пленок титана, ученые взяли также пленки хрома, циркония и гафния.
Наиболее интересные результаты, пригодные к внедрению в производственную практику, показала технология лазерной записи на пленках хрома с напыленным кремниевым покрытием.
Несмотря на то, что технология получилась более сложной - необходимо использовать два травителя (для кремния и для хрома), она позволяла существенно снизить риск порчи оптического элемента при травлении - образующаяся при лазерной записи "маска" из силицида хрома оказалась очень устойчивой. Также оказалась перспективной для изготовления дифракционных элементов с бинарно-фазовым рельефом технология лазерной записи на пленках титана с кремниевым напылением.
«Чтобы не испортить элемент и не разрушить сформированную защитную пленку, в нашей стандартной хромовой технологии важно не передержать образец после лазерной записи в жидкостном травителе. Новая же технология позволяет решить эту проблему за счет устойчивости сформированной защитной силицидной маски к используемым травителям. Таким образом, с ее помощью можно повысить процент выпуска годных элементов. В экспериментах мы целенаправленно пытались испортить записываемую защитную силицидную маску в наших травителях, но пока нам это не удалось сделать даже специально. Кроме того, мы экспериментально подтвердили, что предложенная технология позволяет записывать структуры существенно меньшего размера», — рассказывает Дмитрий Белоусов.
В дальнейшем ученые планируют продолжить экспериментальные исследования новых технологий, чтобы выявить пределы погрешностей и определить области применения.
