Способ изготовления дифракционных оптических элементов

Авторы патента:

Казанский Николай Львович (RU)

Моисеев Олег Юрьевич (RU)

Ганчевская София Владиславовна (RU)

Полетаев Сергей Дмитриевич (RU)

G02B5/18 - дифракционные решетки

Владельцы патента RU 2601391:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН) (RU)

Способ изготовления дифракционных оптических элементов включает в себя лазерную обработку тонкопленочных слоев металла, напыленных на подложку из прозрачного материала. При этом фазовый рельеф дифракционного оптического элемента формируют путем окисления тонкопленочного слоя металла в среде кислорода сканирующим лазерным излучением с образованием прозрачного оксида металла. Технический результат заключается в обеспечении изготовления ДОЭ с повышенной эффективностью и точностью микрорельефа произвольной топологии. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и предназначено для создания фазовых дифракционных оптических элементов (ДОЭ) - линз Френеля, киноформов, фокусаторов, корректоров и т.д.

Известен способ изготовления оптических структур согласно патенту RU №2114450 С1 от 30.10.1992, МПК G02B 3/00, опубл. 27.06.1998, заключающийся в том, что на поверхности подложки ступенчатой оптической основной структуры осуществляют операции маскирования, травления и плавления. При операции плавления основную структуру помещают в вакуумную камеру и воздействуют на нее электронным лучом при одновременном его относительном перемещении перпендикулярно к образованной им в виде полосы на основной структуре зоны плавления. Перед плавлением подложку предварительно нагревают в вакуумной камере до температуры ниже температуры плавления или размягчения материала основной структуры. При отклонении структуры от заданной формы корректируют форму маски или вводят дополнительное подтравливание по контурам маски.

Недостатками данного способа является наличие операций травления и плавления, которые уменьшают точность воспроизведения оптических структур за счет подтравливания, а также сложность и дороговизна технологического процесса.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления структур с субмикронными размерами согласно патенту DE 19544295 А1 от 28.11.1995, опубл. 05.06.1997, заключающийся в том, что на тонкопленочные титановые слои, напыленные на подложку из прозрачного материала, посредством растрового лазерного микроскопа воздействуют сканирующим лазерным излучением, что приводит к возникновению оксидных структур титана.

Недостатком этого способа является амплитудный характер получаемого изображения, что снижает эффективность создаваемой структуры.

Поставлена задача: разработать способ изготовления структур ДОЭ с повышенной эффективностью и точностью микрорельефов произвольной топологии.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в способе изготовления дифракционных оптических элементов, включающем лазерную обработку тонкопленочных слоев металла, напыленных на подложку из прозрачного материала, формирование фазового рельефа ДОЭ осуществляется сквозным окислением слоя металла в среде кислорода до получения полностью прозрачного фазосдвигающего слоя с образованием прозрачного оксида металла.

Сущность изобретения поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1-3 представлена последовательность процесса образования рисунка на подложке, где 1 - подложка, 2 - слой металла, 3 - лазерное излучение, 4 - оксид металла, а на фиг. 4 - полученный микрорельеф ДОЭ модового фильтра.

Способ осуществляется следующим образом. На прозрачную подложку 1, например кварц, методом вакуумного напыления наносят тонкий слой металла 2, например хрома, толщина которого составляет 40-60% от необходимой толщины фазосдвигающего слоя прозрачного оксида хрома. Сканирующим лазерным излучением 3, плотность которого находится в пределах (0,1-0,8)·10¹² Вт/м², в среде кислорода проводят полное сквозное окисление металла, после чего в проявителе удаляют неокисленные участки, а на подложке остается оксид металла 4. Таким образом формируется фазовый микрорельеф с большой разницей показателей преломления, например для оксида хрома показатель преломления составил около 2,6.

Предлагаемый способ позволяет упростить технологию изготовления ДОЭ, повысить точность изготовления микрорельефа за счет полного отсутствия фотолитографического процесса и связанных с ним погрешностей, а также повысить эффективность работы ДОЭ.

1. Способ изготовления дифракционных оптических элементов, включающий лазерную обработку тонкопленочных слоев металла, напыленных на подложку из прозрачного материала, отличающийся тем, что формирование фазового рельефа дифракционного оптического элемента производят сквозным окислением слоя металла в среде кислорода до получения полностью прозрачного фазосдвигающего слоя с образованием прозрачного оксида металла.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве металла используют хром.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что толщина пленки хрома составляет 40-60% от необходимой толщины фазосдвигающего слоя прозрачного оксида хрома.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что плотность энергии актинирующего лазерного излучения находится в пределах (0,1-0,8)·10¹² Вт/м².

Изобретение относится к устройствам дифракционных периодических микроструктур для видимого диапазона, выполненным на основе пористого кремния. Техническим результатом изобретения является создание дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния с различными металлосодержащими наночастицами.

Способ изготовления дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния // 2593912

Способ изготовления дифракционной периодической микроструктуры на основе пористого кремния включает в себя формирование заданной дифракционной периодической микроструктуры с помощью имплантации ионами благородных или переходных металлов через поверхностную маску, с энергией 5-100 кэВ.

Способ и устройство для создания цветных картин с использованием дифракционной решетки // 2593618

Способ получения цветного изображения с помощью дифракционной решетки при воздействии света включает в себя создание на поверхности твердого тела массива дифракционной решетки в течение процесса микроструктурирования посредством воздействия лазера.

Устройство задней подсветки и его варианты осуществления // 2592147

Устройство задней подсветки содержит источник света, коллиматор, расширитель пучка, один дефлектор пучка, волновод с элементом ввода и элементом вывода. Источник света выполнен в виде лазера.

Сканирующий дифракционный полихроматор // 2589748

Сканирующий дифракционный полихроматор содержит входную щель, вогнутую дифракционную решетку, вогнутое сферическое зеркало и многоэлементный приемник излучения.

Элемент отображения, фольга переноса и изделие с элементом отображения // 2589518

Элемент отображения содержит слои и множество пикселов. При этом множество пикселов содержит слой формирования рельефной структуры, включающий в себя первую область, сформированную посредством множества углублений или выступов и включающую в себя, по меньшей мере, одну подобласть, выполненную с возможностью отображать цвет, и вторую область.

Способ контроля погрешности изготовления дифракционных оптических элементов (доэ) // 2587528

Способ контроля погрешности изготовления дифракционных оптических элементов (ДОЭ) заключается в формировании контрольных окон для нанесения координатных меток, которые выполняют хотя бы из двух групп периодических решеток.

Защитный элемент с оптически переменным поверхностным узором // 2582161

Защитный элемент для защищенных от подделки бумаг, ценных документов или других носителей данных имеет подложку, которая в поверхностной области содержит оптически переменный поверхностный узор, который при различном направлении освещения и/или рассмотрения создает различные изображения.

Способ определения пространственного положения объектов и устройство для его осуществления // 2580908

Способ определения пространственного положения объектов обеспечивает облучение объекта через двумерную дифракционную решетку, что обеспечивает образование матрицы смежных оптических каналов.

Защитный оптический компонент с эффектом пропускания, изготовление такого компонента и защищенный документ, оснащенный таким компонентом // 2575342

Изобретение относится к вариантам защитного оптического компонента с плазмонным эффектом, предназначенного для наблюдения при пропускании. Компонент содержит: два слоя из прозрачного диэлектрического материала, металлический слой, расположенный между упомянутыми слоями из прозрачного диэлектрического материала с образованием двух диэлектрических границ раздела диэлектрик-металл и структурированный для образования, по меньшей мере, на части его поверхности волнообразных элементов, выполненных с возможностью связывания поверхностных плазмонных мод, поддерживаемых упомянутыми границами раздела диэлектрик-металл, с падающей световой волной.

Оптическая система, демонстрирующая повышенную устойчивость к внешнему воздействию, отрицательно влияющему на оптические свойства // 2602487

Система для проецирования одного или нескольких синтетических оптических изображений включает одну или несколько структур пиктограмм изображений; и одну или несколько полностью включенных структур фокусирующих элементов пиктограмм изображений. При этом одна или несколько структур фокусирующих элементов пиктограмм изображений расположены относительно одной или нескольких структур пиктограмм изображений таким образом, что, по меньшей мере, часть фокусирующих элементов пиктограмм изображений формирует, по меньшей мере, одно синтетическое изображение, по меньшей мере, части пиктограмм изображений. Фокусное(ые) расстояние(я) фокусирующих элементов в системе является(ются) неизменным(и) за счет полного включения - инкапсуляции - обеспечивающих фокусировку поверхностей раздела в систему. При этом пиктограммы изображений являются покрытыми и/или заполненными пустотами или углублениями, образованными на подкладке или внутри нее. Технический результат заключается в устранении дефокусировки фокусирующих элементов, которые проецируют защитное синтетическое изображение, вызванной соприкосновением каких-либо других прозрачных материалов или слоев с указанными элементами. 8 н. и 55 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ изготовления дифракционной решетки // 2615020

Способ изготовления дифракционной решетки включает в себя вакуумное нанесение алюминиевого покрытия и формирование штрихов треугольного микропрофиля алмазным резцом делительной машины. Дополнительно дифракционную решетку помещают в вакуумную камеру для ионно-лучевого травления, при котором производят коррекцию треугольного микропрофиля штрихов путем удаления «навала» на нерабочей грани штриха путем направленного воздействия ионного потока инертного газа на поверхностный микропрофиль. Технический результат: повышение дифракционной эффективности и снижение уровня паразитного рассеянного света. 2 ил.

Дифракционное устройство // 2624661

Изобретение относится к оптике, а именно к дифракционному устройству, имеющему нарезную решетку с отражательной поверхностью, и может быть использовано, преимущественно, в качестве оптического элемента в мощных лазерных системах для селективного усиления генерируемого излучения. Сущность изобретения заключается в том, что дифракционное устройство содержит дифракционную решетку, состоящую из подложки и отражающего покрытия с рельефом в виде штрихов, а также систему термоэлектрического охлаждения дифракционной решетки, установленную на нерабочей поверхности подложки. Система термоэлектрического охлаждения дифракционной решетки состоит из центрального термоэлектрического модуля и периферийных термоэлектрических модулей, мозаично расположенных на нерабочей поверхности подложки, при этом холодильная мощность центрального термоэлектрического модуля выше холодильной мощности каждого периферийного термоэлектрического модуля. Технический результат заключается в исключении искажения волнового фронта отраженного излучения за счет обеспечения компенсации температурного расширения материала подложки дифракционной решетки и максимального сохранения плоскостности ее поверхности, а также в увеличении габаритных размеров дифракционной решетки для достижения с ее помощью более высоких мощностей генерируемого лазерного излучения. 2 ил.

Двухлучевой интерферометр // 2626062

Изобретение может быть использовано для формирования периодических интерференционных картин, например, для записи голографических дифракционных решеток, создания периодических структур различной размерности, реализации Фурье-спектрометров, брэгговских зеркал и т.п. Интерферометр содержит источник коллимированного светового пучка, светоделительный элемент, разделяющий исходный пучок на два парциальных, два зеркала, направляющие эти пучки под углом схождения друг к другу, и светочувствительный элемент. Светоделительный элемент, два зеркала и светочувствительный элемент образуют зеркально-симметричную систему относительно плоскости светоделительного зеркала, встроенного в светоделительный элемент, и установлены неподвижно на основании, ось вращения которого расположена так, что обеспечивает согласование вращательного движения основания и перемещения по светоделительному зеркалу коллимированного светового пучка за счет изменения его угла падения. Технический результат - повышение виброустойчивости и упрощение конструкции. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ изготовления одномерной дифракционной фазовой решетки с синусоидальным профилем // 2626734

Способ изготовления одномерной дифракционной фазовой решетки с синусоидальным профилем заключается в последовательном формировании канавок сканированием импульсным лазерным пучком плоскости контакта пластины из плавленого кварца с пластиной из прессованного графита. Прерывание сканирования после завершения формирования канавки с периодом, соответствующим периоду решетки, который обеспечивается дискретным смещением сфокусированного лазерного пучка, причем глубину профиля рельефа канавок формируют с энергией, зависящей от импульсной плотности мощности, длительности импульса, диаметра области воздействия, числа импульсов, частоты следования импульсов, скорости сканирования. Очистку поверхности решетки осуществляют влажной лазерной очисткой. Технический результат заключается в снижении отклонения в форме канавки от синусоидального профиля по всей длине канавки до 1-4%, снижении отклонений в форме канавки от канавки к канавке в пределах дифракционной фазовой решетки до 2-5%, устранении микротрещин, окружающих канавки, а также расширении диапазона глубин дифракционной фазовой решетки. 13 ил.

Оптическое термометрическое устройство на полимерной основе // 2630032

Оптическое термометрическое устройство обеспечивает измерение температуры по изменению дифракционной картины света. Устройство содержит на подложке элементы периодической дифракционной микроструктуры. Указанная структура образуется путем ионной имплантации через поверхностную маску. При этом в качестве подложки используется оптически-прозрачный полимер, а сформированная дифракционная структура содержит ионносинтезированные металлические наночастицы, диспергированные в приповерхностной области подложки. Технический результат заключается в повышении чувствительности термометрического устройства. 10 ил.

Волоконно-оптический датчик виброакустических сигналов на внутрисветоводном эффекте доплера (варианты) // 2633020

Волоконно-оптический датчик виброакустических сигналов на внутрисветоводном эффекте Доплера содержит источник излучения, чувствительный элемент и разветвитель, первую и вторую дифракционные решетки Брэгга и фотоприемник. Источник излучения имеет ширину спектра, превышающую ширину спектра отражения первой решетки Брэгга. По первому варианту первая и вторая решетки Брэгга выполнены со спектральным сдвигом резонансных частот друг относительно друга. По второму варианту первая и вторая решетки Брэгга имеют идентичные параметры по ширине полосы отражения и по резонансной частоте отражения. Причём одна из решеток Брэгга выполнена с возможностью изменения резонансной частоты отражения. Технический результат - упрощение конструкции, повышение температурной стабильности датчика, увеличение отношения сигнал/шум. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство для контроля углового положения дифракционных порядков дифракционных элементов (варианты) // 2634372

Устройство для контроля углового положения дифракционных порядков дифракционного элемента состоит из координатного стола, оптически связанных рассеивающего экрана с пропускающим окном, контролируемого дифракционного элемента, расположенного между координатным столом и рассеивающим экраном, источника излучения, фокусирующего объектива, видеокамеры, блока обработки и управления. Рассеивающий экран выполняется в виде асферического мениска или оптоволоконного элемента. Видеокамера устанавливается вдоль оси, соединяющей центр рассеивающего экрана и область фокусировки излучения. Технический результат заключается в увеличении скорости и точности контроля в широком диапазоне углового положения дифракционных порядков, а также в упрощении конструкции. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ изготовления дифракционных решеток // 2642139

Использование: для изготовления дифракционных решеток с малыми углами «блеска» в пределах 0,5°-2° в твердых хрупких материалах подложек. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает в себя формирование штрихов заданной частоты, с геометрическими параметрами в поперечном сечении, близкими к заданным параметрам штрихов дифракционной решетки, в слое пластичного материала на полированной подложке, и удаление слоя пластичного материала посредством реактивного ионно-лучевого травления, сформированные в слое пластичного материала штрихи используют в качестве технологических штрихов, которые формируют с углом наклона пологой грани к поверхности подложки, равным 3°-12°, и полностью удаляют посредством реактивного ионно-лучевого травления под углом 90° к поверхности подложки, выполняя при этом в подложке формирование штрихов с заданным углом «блеска» и с заданным периодом решетки, причем в качестве материала технологических штрихов используют материал, скорость травления которого выше скорости травления материала подложки. Технический результат: обеспечение возможности повышения качества изготовления дифракционных решеток. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ изготовления дифракционных решеток // 2643220

Способ изготовления дифракционных решеток включает в себя нанесение на подложку слоя материала, формирование в нем штрихов и удаление слоя материала посредством реактивного ионно-лучевого травления. Сформированные в слое материала штрихи используют в качестве технологических штрихов, которые полностью удаляют вместе с оставшейся толщиной слоя материала. Реактивное ионно-лучевое травление осуществляют под углом 90° к поверхности подложки, выполняя при этом в подложке формирование штрихов с заданным углом «блеска» и с заданным периодом решетки. В качестве материала технологических штрихов используют материал, скорость травления которого ниже скорости травления материала подложки. Технический результат - повышение качества изготовления дифракционных решеток и обеспечение возможности получения профиля штрихов, приближенного к идеальному треугольному, с углами «блеска» в пределах 80°-87°. 4 ил.