基于透射式空间光调制器的偏振投影光刻技术调控偶氮聚合物薄膜表面浮雕光栅形貌

本研究针对传统干涉法制作偶氮聚合物表面浮雕光栅（SRG）存在多步骤加工、精度要求高等问题，开发了基于透射式空间光调制器（SLM）的偏振投影光刻系统。通过设计九种掩模光栅调控偏振分布，实现了单周期SRG形貌的精确动态控制，最小周期达1.7 μm。该技术为AR显示、生物传感等应用提供了新型微纳结构制备方案。

　　

在光学微纳制造领域，偶氮聚合物因其独特的光响应特性成为研究热点。当这种材料暴露于结构化的偏振光下时，内部的偶氮苯（azobenzene）分子会发生光致异构化（photoisomerization），引发质量迁移并形成表面浮雕结构。自1995年首次通过激光干涉法制作表面浮雕光栅（Surface Relief Gratings, SRGs）以来，尽管该方法被广泛采用，但仍存在工艺流程复杂、难以动态调控形貌等瓶颈。传统干涉法只能生成正弦波形光栅，且需多次曝光精确对位，这严重限制了其在AR眼镜、生物传感器等高端应用中的潜力。

俄罗斯科学院的研究团队在《Optics》发表论文，提出了一种革命性的解决方案——基于透射式空间光调制器（Spatial Light Modulator, SLM）的偏振投影光刻技术。与以往使用反射式SLM实现0-π偏振调制的方案不同，该团队创新性地采用透射式SLM，将偏振旋转范围压缩至0-π/2，通过九种精心设计的掩模光栅（包括闪耀光栅、二元光栅等）对入射均匀偏振光场进行周期性调制。这种"一锅法"工艺不仅简化了流程，还能精确控制SRG的振幅、周期等参数，最小特征尺寸达1.7 μm。

关键技术包括：1）通过SLM实时生成可编程偏振分布图案；2）利用532 nm激光照射旋涂法制备的非晶态偶氮聚合物薄膜；3）原子力显微镜（AFM）表征SRG三维形貌；4）衍射效率测试分析能量分布。研究团队特别设计了不同空间频率的掩模，系统探究了偏振调制深度与光栅浮雕高度的关联规律。

在"Results"部分，AFM测试显示：

• 闪耀光栅掩模产生的SRG呈现非对称锯齿形貌，其+1级衍射效率较传统正弦光栅提升2.3倍
• 二元光栅可诱导生成阶梯状浮雕，衍射能量集中分布于奇数级次
• 减小偏振调制范围至π/2时，虽然浮雕高度降低，但周期精度仍保持亚微米级

"Conclusion and discussion"指出，该方法突破了干涉法对光栅形貌的局限，首次实现单次曝光制备复杂轮廓SRG。通过调节SLM掩模参数，可定制化设计衍射特性，这对开发轻量化AR波导、高灵敏度生化传感器具有重要价值。作者特别强调，透射式SLM系统比反射式更易集成到现有光刻平台，为智能材料（smart materials）的微加工开辟了新途径。未来通过优化聚合物分子结构（如引入更多偶氮苯侧链），有望进一步提升浮雕形成速率和分辨率。这项研究为光驱动微纳制造提供了普适性技术框架，被评价为"将实验室级的偏振调控技术推向实际应用的关键一步"。