专利名称：一种平面全息光栅制作中精确控制刻线密度的方法
技术领域：
本发明属于光谱技术领域中涉及的一种平面全息光栅制作中精确控制刻线密度的方法。
二、技术背景光栅常数是衍射光栅非常重要的技术指标，所谓光栅常数是指每毫米刻线数的倒数，它决定光栅的色散率和分辨率。对光谱仪器而言，光栅常数的变化必然引起光栅衍射角的改变，导致光谱仪器谱线位置产生偏移，因此，光栅常数的准确性直接影响光谱仪器的波长精度，在制作过程中必须给予严格控制。
在全息光栅的制作过程中，一个非常关键的工艺流程就是将涂有光致抗蚀剂的光栅基底放在干涉场中，由光致抗蚀剂记录干涉场中的干涉条纹，该干涉条纹的密度即为被制作光栅的刻线密度。
当曝光波长一定时，干涉条纹的密度唯一决定于两束平行光的夹角。常规检测刻线密度的方法一般都是在完成光栅制作后，通过测量光栅0级与1级衍射光的夹角来计算光栅的刻线密度，测量误差较大，光路调整过程没有固定的基准可依，仅凭经验进行调整，往往要经过多个光栅制作回合，并且很难达到要求的精度。
发明内容
为了克服上述已有技术存在的缺陷，本发明的目的在于建立一种简便可行的能够精确控制光栅刻线密度的方法。
本发明要解决的技术问题是提供一种平面全息光栅制作中精确控制刻线密度的方法。解决技术问题的技术方案为第一，配备一套全息光栅曝光装置，如图1所示，包括激光光源1、反射镜2和3、扩束滤波器4、准直反射镜5、调整反射镜6和7；第二，如图2所示，在图1所示的全息光栅曝光装置中，在准直反射镜5和调整反射镜7之间的光路中与平行光线成一定角度置有反射镜8，在调整反射镜6和7的反射光形成的干涉场中放置标准刻线密度的机刻反射光栅11，光栅刻线方向垂直于纸面，光栅表面背向调整反射镜6和7，光栅的法线大致平行于调整反射镜6和7反射光间夹角的平分线，在垂直于标准刻线密度的机刻反射光栅11表面的方向上安置一块半反射镜10，同时使半反射镜10在光栅上的投影与光栅的刻线平行，还有与平面反射镜8的反射面相对，并与标准刻线密度的机刻反射光栅11平行，位于半反射镜10左端一定距离置有反射镜9，调整反射镜9，使它的反射光经半反射镜10后分为两束光，一束为反射光，另一束为透射光，这两束光都能到达标准刻线密度的机刻反射光栅11，由于两束光分别以标准刻线密度的机刻反射光栅11的±1级的自准衍射角入射到机刻光栅11上，这两束光经光栅11的±1级自准衍射后，各自按它们的入射方向原路返回，再经半反射镜10之后，-1级的反射光和+1级的透射光在半反射镜10的另一侧重叠，在接收屏12上形成干涉条纹，如图3所示，仔细调整半反射镜10的俯仰和方位角，以保证在接收屏12上的干涉条纹铅直并清晰可见，记录此时干涉条纹的数量；第三，如图4所示，取下图2所示的标准刻线密度的机刻反射光栅11和平面反射镜8，并确保10和12的位置不变，这时调节调整反射镜6和7的反射光分别经半反射镜10的透射和反射，叠加后在接收屏12上形成干涉条纹，再分别调节调整反射镜6和7的俯仰和方位角，使接收屏12上的干涉条纹的方向和数量分别与标准刻线密度的机刻反射光栅11所产生的干涉条纹相同，如图5所示，这时，干涉场中的干涉条纹密度与标准刻线密度的机刻反射光栅11的刻线密度相同；第四，如图6所示，取出图4所示的半反射镜10，将涂有光致抗蚀剂的光栅基底13放在原来图2所示的标准刻线密度的机刻反射光栅11所在的位置，由光致抗蚀剂记录来自调整反射镜6和7反射光的干涉场中的干涉条纹，该干涉条纹的密度即为被制作全息光栅的刻线密度。
本发明工作原理说明以标准的机刻光栅做为基准，使待制作的全息光栅刻线密度的名义值与机刻光栅的刻线密度一致。步骤一，调整反射镜9，使它的反射光经半反射镜10后分为两束光，一束为反射光，另一束为透射光。反射光以标准刻线密度的机刻反射光栅11的+1级的自准直方向入射到基准标准刻线密度的机刻反射光栅11上，根据自准直原理，衍射光按其入射方向原路返回至半反射镜10，结果其中一半透过半反射镜10到达接收屏12；透射光以标准刻线密度的机刻反射光栅11的-1级的自准直方向入射到标准刻线密度的机刻反射光栅11上，根据自准直原理，衍射光按其入射方向原路返回至半反射镜10，结果其中一半经半反射镜10反射到达接收屏12。上述两束相干光叠加，在接收屏12上形成干涉条纹。具体光路见图7(a)，干涉条纹如图3所示。步骤二，取下基准机刻光栅11和平面反射镜8，用反射镜6和7的反射光来代替基准机刻光栅11的自准直状态下的+1级和-1级衍射光。接下来的过程与步骤一方法相同来自6的反射光入射到半反射镜10上，其中一半透过半反射镜10到达接收屏12；来自7的反射光入射到半反射镜10上，其中一半经半反射镜10反射到达接收屏12。上述两束相干光叠加，在接收屏12上形成干涉条纹，具体光路见图7(b)，干涉条纹如图5所示。由于由步骤一和步骤二获得的相干光有相同的传播方向和光程差，必然有相同的干涉条纹(包括条纹密度和条纹方向)。
本发明的积极效果不仅可以快速地检测全息光栅曝光装置的干涉场中干涉条纹的密度，而且能够将刻线密度精度控制在0.01％左右，比传统方法提高一个数量级。
四
图1是全息光栅曝光装置光路结构示意图，图2是在全息曝光装置光路中加入反射镜8和9、半反射镜10和标准刻线密度的机刻反射光栅11所形成的干涉光路示意图，图3是图2所示干涉光路中接收屏12上显示的干涉条纹示意图，图4是从图2所示干涉光路中去掉反射镜8和9以及标准刻线密度的机刻反射光栅11所形成的干涉光路示意图，图5是图4所示干涉光路中接收屏12上显示的干涉条纹示意图，图6是在图4所示干涉光路中去掉半反射镜10、加入涂有光致抗蚀剂的光栅基底13的全息光栅制作光路示意图，图7是本发明工作原理及干涉条纹比较示意图。
五具体实施例方式
本发明按图1、2、4、6所示光路结构和按上述第一、第二、第三、第四方法步骤实施，光源1采用氪离子激光器，波长为413.1nm，反射镜2和3为玻璃基底镀铝反射镜，扩束滤波器4由显微物镜和针孔组成，准直反射镜5的口径为φ320mm、焦距f为1.2m，调整反射镜6和7为玻璃基底镀铝反射镜，反射镜8和9为玻璃基底镀铝反射镜，半反射镜10由两片胶合在一起的薄玻璃片组成，标准刻线密度的机刻反射光栅11的刻线密度及尺寸根据需要选择，接收屏12采用普通白色毛玻璃，制作的全息光栅基底采用K9光学玻璃，K9光学玻璃上涂敷的光致抗蚀剂为日本产的Shipley 1805型光致抗蚀剂。
权利要求
1.一种平面全息光栅制作中精确控制刻线密度的方法，是通过全息光栅曝光装置实现的，其特征在于平面全息光栅制作中精确控制刻线密度的方法为第一，配备一套全息光栅曝光装置，包括激光光源(1)、反射镜(2)和(3)、扩束滤波器(4)、准直反射镜(5)、调整反射镜(6)和(7)；第二，在全息光栅曝光装置中，在准直反射镜(5)和调整反射镜(7)所形成的光路中与平行光线成一定角度置有反射镜(8)，在调整反射镜(6)和(7)的反射光形成的干涉场中放置标准刻线密度的机刻反射光栅(11)，光栅刻线方向垂直于纸面，光栅表面背向调整反射镜(6)和(7)，光栅的法线大致平行于调整反射镜(6)和(7)反射光夹角的平分线，在垂直于标准刻线密度的机刻反射光栅(11)表面的方向上安置一块半反射镜(10)，同时使半反射镜(10)在光栅上的投影与光栅的刻线平行，与平面反射镜(8)的反射面相对，并与标准刻线密度的机刻反射光栅(11)平行，位于半反射镜(10)左端一定距离置有反射镜(9)，调整反射镜(9)，使它的反射光经半反射镜(10)后分为两束光，一束为反射光，另一束为透射光，这两束光都能到达标准刻线密度的机刻反射光栅(11)，由于两束光分别以标准刻线密度的机刻反射光栅(11)的±1级的自准衍射角入射到机刻光栅(11)上，这两束光经光栅(11)的±1级自准衍射后，各自按它们的入射方向原路返回，再经半反射镜(10)之后，-1级的反射光和+1级的透射光在半反射镜(10)的另一侧重叠，在接收屏(12)上形成干涉条纹，仔细调整半反射镜(10)的俯仰和方位角，以保证在接收屏(12)上的干涉条纹铅直并清晰可见，记录此时干涉条纹的数量；第三，取下光路中的标准刻线密度的机刻反射光栅(11)和平面反射镜(8)，并确保(10)和(12)的位置不变，这时调节调整反射镜(6)和(7)的反射光分别经半反射镜(10)的透射和反射，叠加后在接收屏(12)上形成干涉条纹，再分别调节调整反射镜(6)和(7)的俯仰和方位角，使接收屏(12)上的干涉条纹的方向和数量分别与标准刻线密度的机刻反射光栅(11)所产生的干涉条纹相同，这时干涉场中的干涉条纹密度与标准刻线密度的机刻反射光栅(11)的刻线密度相同；第四，取出光路中的半反射镜(10)，将涂有光致抗蚀剂的光栅基底(13)放在原来光路中的标准刻线密度的机刻反射光栅(11)所在的位置，由光致抗蚀剂记录来自调整反射镜(6)和(7)反射光的干涉场中的干涉条纹，该干涉条纹的密度即为被制作全息光栅的刻线密度。
全文摘要
一种平面全息光栅制作中精确控制光栅刻线密度的方法，属于光谱技术领域中涉及的一种方法。要解决的技术问题提供一种平面全息光栅制作中精确控制光栅刻线密度的方法。解决的技术方案第一，配备一套全息光栅曝光装置，第二，在该装置光路中置入标准机刻光栅和半反射镜，再从准直反射镜光路中分出光路，使其产生干涉条纹，第三，在光路中取出标准机刻光栅和分出光路中的反射镜，保持半反射镜的位置不变，调节光路，使接收屏上的干涉条纹与第二步产生的干涉条纹一致，第四，取出光路中的半反射镜，在原标准机刻光栅的位置放置涂有光致抗蚀剂的光栅基底，由光致抗蚀剂记录的干涉条纹数，就是被制作的全息光栅的刻线密度。该方法控制光栅刻线密度精度高。
文档编号G02B5/18GK1544994SQ20031011584
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月26日 优先权日2003年11月26日
发明者巴音贺希格, 齐向东, 李英海, 于宏柱, 李文昊 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 中国科学院长春光学精密机械与物理研