本發(fā)明涉及一種變周期光柵制作技術(shù)，特別涉及一種基于拉伸PDMS光柵調(diào)控光柵周期變化率的方法。

背景技術(shù)：

光柵作為一種非常重要的分光元件，被廣泛應(yīng)用于集成光路、光通信、光信息處理、光學(xué)測(cè)量等領(lǐng)域中。變周期光柵的柵距按照一定的規(guī)律變化，具有自聚焦、像差矯正、高分辨率、平焦場(chǎng)等一些特殊性能，在激光受控核聚變裝置、同步輻射應(yīng)用、太空探測(cè)器、航空航天飛行器等尖端科技中有著重要而廣泛的應(yīng)用。

PDMS（Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷，通常被稱為有機(jī)硅）是一種高分子有機(jī)硅化合物，具有很好的彈性、光學(xué)特性、低的玻璃化溫度、低表面能、高透氣性、極佳的絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。其在液態(tài)時(shí)為一種粘稠液體，稱做硅油，是一種具有不同聚合度鏈狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅氧烷混合物；在固態(tài)時(shí)為一種硅膠，無毒、疏水性的惰性物質(zhì)，且為非易燃性、透明彈性體。實(shí)驗(yàn)室中通常用主劑與固化劑以一定比例混合均勻后，利用抽真空的方式使混合液中的氣泡浮至表面至破裂，再在一定溫度下烘烤一定時(shí)間后使其固化，主劑和固化劑的比例、加熱溫度、加熱時(shí)間等參數(shù)的不同將會(huì)制作出不同硬度的PDMS。

變周期光柵的制作方法主要有機(jī)械刻劃和全息光刻兩種。機(jī)械刻劃適合于在金屬表面制作具有閃耀結(jié)構(gòu)的變周期光柵，由于光柵間距的變化規(guī)律是由計(jì)算機(jī)控制產(chǎn)生的，因此不受制作全息光柵中的光路限制，缺點(diǎn)是受刀具的限制，光柵間距不是連續(xù)變化，而是由小段等間距光柵拼接而成，且制作效率低，有鬼線，雜散光比較多；全息光刻制作變周期光柵的優(yōu)點(diǎn)是光柵周期連續(xù)變化（由光路干涉而成）且制作效率較高，適合于制作大口徑、高線密度的變周期光柵。但全息光刻法制作的光柵間距的變化規(guī)律受干涉光路的限制，有時(shí)不能獲得實(shí)際所需的某些變化規(guī)律，比如光柵間距為線性變化的光柵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有的變周期光柵的制作工藝復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，可控性不高，制作成本高的問題，提出了一種基于拉伸PDMS光柵調(diào)控光柵周期變化率的方法，工藝簡(jiǎn)單，可控性高，制作成本低，制作周期短。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于拉伸PDMS光柵調(diào)控光柵周期變化率的方法，具體步驟如下：

1）制作基于PDMS的變周期光柵：

A: 用光刻或機(jī)械刻化制作母模版光柵；

B: 將步驟A制作的母模版光柵上的光柵圖案轉(zhuǎn)移到PDMS薄膜上,

具體步驟：a、將預(yù)聚物和固化劑按照20：1的體積配比，將混合好的PDMS液體放在真空干燥箱中，保持抽真空狀態(tài)直至液體中無氣泡為止；b、將抽好真空的PDMS液體倒在光柵模板表面，并在100℃下加熱固化1小時(shí)，然后冷卻；c、將PDMS薄膜從光柵模板上剝離下來，按照具有不同底角的等腰梯形形狀切割出不同塊的PDMS薄膜備用；

2）對(duì)制作后基于PDMS的變周期光柵進(jìn)行拉伸：將步驟1）制作后PDMS薄膜平整在夾持在一維平移拉伸臺(tái)上，薄膜一端固定，另一端夾持在可移動(dòng)平臺(tái)上，沿著垂直于光柵柵線的方向在PDMS彈性范圍內(nèi)拉伸一定的長(zhǎng)度；

3）對(duì)拉伸后基于PDMS的變周期光柵進(jìn)行檢測(cè)：檢測(cè)拉伸后的PDMS薄膜的線密度，在薄膜中間區(qū)域內(nèi)，光柵線密度的分布呈線性變化；

4）調(diào)節(jié)步驟2）等腰梯形PDMS薄膜的底角，再進(jìn)行步驟3）的檢測(cè)，得到不同的呈線性變化的光柵線密度的分布。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明基于PDMS的變周期光柵制作方法，工藝流程簡(jiǎn)單，制作成本低且有較高的可控性。

附圖說明

圖1-1為本發(fā)明方法制作的矩形結(jié)構(gòu)光柵上拉伸總型變量圖；

圖1-2為本發(fā)明方法制作的矩形結(jié)構(gòu)光柵上拉伸等效應(yīng)變圖；

圖1-3為本發(fā)明方法制作的矩形結(jié)構(gòu)光柵上拉伸等效應(yīng)力圖；

圖2-1為本發(fā)明方法制作的梯形結(jié)構(gòu)光柵上拉伸總型變量圖；

圖2-2為本發(fā)明方法制作的梯形結(jié)構(gòu)光柵上拉伸等效應(yīng)變圖；

圖2-3為本發(fā)明方法制作的梯形結(jié)構(gòu)光柵上拉伸等效應(yīng)力圖；

圖3為本發(fā)明不同底角梯形結(jié)構(gòu)光柵上拉伸載荷相同時(shí)的光柵周期分布。

具體實(shí)施方式

基于拉伸PDMS光柵調(diào)控光柵周期變化率的方法，步驟如下：

1、制作基于PDMS的變周期光柵：

1）用光刻或機(jī)械刻化制作母模版光柵；

2）將上步驟中制作的母模版光柵上的光柵圖案轉(zhuǎn)移到PDMS薄膜上。具體是：a、將預(yù)聚物和固化劑按照20：1的體積配比，將混合好的PDMS液體放在真空干燥箱中，保持抽真空狀態(tài)直至液體中無氣泡為止；b、將抽好真空的PDMS液體倒在光柵模板表面，并在100℃下加熱固化1小時(shí)，然后冷卻；c、將PDMS薄膜從光柵模板上剝離下來，按照具有不同底邊角度的梯形或者矩形形狀切割出不同塊的PDMS薄膜備用；

2、對(duì)制作后基于PDMS的變周期光柵進(jìn)行拉伸：

將步驟1制作后PDMS薄膜平整在夾持在一維平移拉伸臺(tái)上，薄膜一端固定，另一端夾持在可移動(dòng)平臺(tái)上，沿著垂直于光柵柵線的方向在PDMS彈性范圍內(nèi)拉伸一定的長(zhǎng)度；

3、對(duì)拉伸后基于PDMS的變周期光柵進(jìn)行檢測(cè)：檢測(cè)拉伸后的PDMS薄膜的線密度，由于在拉伸方向上不同位置處薄膜的寬度不同，使得受到的拉力不同、薄膜的形變不同，因而不同位置處的光柵周期不同。在薄膜中間區(qū)域內(nèi)，由于受到的拉力基本相同，光柵周期的變化主要取決于薄膜的寬度，因此在這個(gè)范圍內(nèi)光柵線密度的分布呈線性變化。

以上步驟通過線密度的檢測(cè)反應(yīng)出我們通過拉伸復(fù)制光柵的PDMS薄膜而得到變周期的光柵，且光柵的周期分布受梯形薄膜側(cè)邊的影響呈線性變化分布。

利用ANSYS有限元分析軟件來模擬仿真，特定形狀的PDMS材料上制作出的光柵，在受力拉伸的情況下，光柵周期隨著材料受力不同而產(chǎn)生的不均勻變化，從而得到了變周期光柵的結(jié)構(gòu)：

在矩形結(jié)構(gòu)的PDMS上制作光柵，在形變范圍內(nèi)拉伸：由ANSYS有限元分析結(jié)果可知，如圖1-1在矩形結(jié)構(gòu)上拉伸總型變量圖，不同位置處形變量不同，形變量的改變影響光柵的周期，從1-2等效應(yīng)變圖、1-3等效應(yīng)力圖可知，在矩形結(jié)構(gòu)的中間區(qū)域內(nèi)的等效應(yīng)變是均勻的，即是在改區(qū)域內(nèi)的光柵周期變化是一直的。

圖2在梯形結(jié)構(gòu)上拉伸，如圖2-1總型變量圖，在梯形高的方向上形變量變化，從2-2等效應(yīng)變圖、2-3等效應(yīng)力圖可知，梯形結(jié)構(gòu)上的等效應(yīng)變?cè)谔菪胃叩姆较蛏暇鶆蜃兓?，且變化受梯形?cè)邊的斜率影響，改變梯形側(cè)邊的斜率即可在拉伸狀態(tài)下得到不同的變周期光柵結(jié)構(gòu)。

如圖3為本發(fā)明不同底角梯形結(jié)構(gòu)光柵上拉伸載荷相同時(shí)的光柵周期分布。圖右上角為底角角度，由圖可看出不同底角的梯形結(jié)構(gòu)光柵拉伸，對(duì)光柵周期的調(diào)控不同，其變化規(guī)律與梯形底角相關(guān)，底角越小，變化得越快。