专利名称：利用多个长方体基片制作微阶梯反射镜阶梯结构的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制作微阶梯反射镜阶梯结构的装置，特别涉及一种利用多个长方 体基片制作微阶梯反射镜阶梯结构的装置。
背景技术：
具有多个台阶的微反射镜是一种光的反射器件，在光学系统中有着越来越广泛的 应用，如光谱分析、光束整形和光纤耦合等。随着光学系统向体积小、结构紧凑方向发展，光学系统中的器件微型化成为光学 器件的一个重要研究课题，微型光学器件设计与制作水平直接决定光学仪器的性能。目 前，通过二元光学技术可以在石英等多种材料衬底上经过多次光刻和多次腐蚀(干法或湿 法)制备多级阶梯微结构，但是，这种方法存在以下缺点1、因多次套刻，水平精度难以保 证；2、腐蚀或刻蚀深度难以精确控制，精度和重复性较差，因而阶梯高度控制精度低、重复 性差；3、腐蚀或刻蚀出的反射镜表面粗糙度难以满足光学仪器要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种阶梯高度控制精度高、重复性好，并且能够 保证微阶梯反射镜水平精度和表面粗糙度的利用多个长方体基片制作微阶梯反射镜阶梯 结构的装置。为了解决上述技术问题，本发明的利用多个长方体基片制作微阶梯反射镜阶梯结 构的装置包括标准块，第一基底，第二基底，微调节架，滑动调节片；所述标准块固定于第一 基底上靠近左侧的位置，微调节架固定于第一基底的右侧；滑动调节片位于第一基底上靠 近右侧的位置；带有金属刻度线的第二基底一端放置在标准块与第一基底的接触夹角处， 另一端悬在滑动调节片的上方；滑动调节片可在微调节架的作用下在第一基底上移动，以 调整标准块右侧面与第二基底上表面之间的夹角。制作N级微反射镜阶梯结构需采用N个形状和尺寸都相同的长方体基片。将各 长方体基片依次整齐叠放在第二基底上，使第一片基片的左侧面与标准块的右侧面共面接 触，并且各基片的右侧面与相邻基片的左侧面共面接触；只要第二基底的上表面与标准块 的右侧面不垂直，则由于基片为长方体，其左、右侧面垂直于下表面，各基片的下表面之间 就会形成一定的高度差，即各基片形成阶梯结构。通过固定在第一基底上的微调节架调整 滑动调节片的位置，即可改变第二基底上表面与标准块右侧面之间的夹角，从而改变各基 片形成的阶梯结构的台阶高度。根据微阶梯反射镜的阶梯结构尺寸预先计算出第二基底 上表面与标准块右侧面之间的夹角，再利用该夹角和滑动调节片的尺寸计算出滑动调节片 左侧面与标准块右侧面之间的设定距离，然后找到与该设定距离对应的第二基底上的对应 金属刻度线；调整微调节架，使滑动调节片与第二基底之间的接触线对准上述相应金属刻 度线，然后锁紧微调节架将第二基底和滑动调节片之间的相对位置锁紧固定。将N个长方 体基片依次整齐叠放在第二基底上，第一片基片的左侧面与标准块的右侧面共面接触，各基片的右侧面与相邻基片的左侧面共面接触并固定，即可得到符合设定尺寸要求的阶梯结 构。本发明由于利用第二基底上表面相对于标准块右侧面的倾角，使N个尺寸相同的 长方体基片形成阶梯结构，每层阶梯的高度都能精确控制；由于各基片为尺寸相同的长方 体结构，N个基片的作为反射面的表面能够同一批次研磨抛光而成，表面面形和粗糙度都能 达到一致，平面度高，有效提高了微阶梯反射镜阶梯表面粗糙度精度、纵向尺寸精度及重复 性。本发明还包括垂直挤压组件和水平挤压组件；所述垂直挤压组件包括水平滑杆、 滑块、纵向滑杆和质量块；水平滑杆的左部固定在标准块上部，右部悬于各基片的上方；滑 块与水平滑杆活动连接，可相对于水平滑杆沿水平方向移动；纵向滑杆的上端与滑块固定 连接；质量块与纵向滑杆活动连接，可相对于纵向滑杆沿垂直方向移动；所述水平挤压组 件包括第一、第二挡片，至少两个固定螺杆，与固定螺杆数量相应的挤压螺杆、挤压弹簧及 挤压螺母；挤压弹簧的两端分别与固定螺杆、挤压螺杆的一端固定连接，固定螺杆的另一端 与第一挡片固定连接，挤压螺杆的另一端穿过第二挡片与挤压螺母螺纹连接；第一挡片与 标准块的左侧面共面接触，各基片依次叠放于标准块与第二挡片之间，第一片基片的左侧 面与标准块共面接触，最后一片基片的右侧面与第二挡片共面接触，旋转挤压螺母可压紧 各基片。旋转挤压螺母，第二挡片将各基片压紧；移动滑块，同时控制质量块向下滑动依次 挤压各基片，使各基片与第二基底线接触，形成阶梯结构。由于采用了水平挤压装置和垂直挤压装置，在利用基片制作阶梯结构过程中能够 在压紧各基片的同时依次向下挤压各基片，进一步提高了阶梯结构的制作精度。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。图1为本发明的利用多个长方体基片制作微阶梯反射镜阶梯结构的装置结构示 意图。图2为第二基底的立体图。图3a为基片的主视图；图北为基片的立体图。
具体实施例方式如图1、2所示，本发明的利用多个长方体基片制作微阶梯反射镜阶梯结构的装置 包括标准块1，第一基底31，第二基底32，微调节架7，滑动调节片20。所述标准块1固定 于第一基底31上靠近左侧的位置，微调节架7固定于第一基底31的右侧；滑动调节片20 位于第一基底31上靠近右侧的位置，可在微调节架7的作用下在第一基底31上移动；带有 金属刻度线324的第二基底32 —端放置在标准块1与第一基底31的接触夹角处，另一端 悬在滑动调节片20的上方。本发明还包括垂直挤压组件和水平挤压组件；所述垂直挤压组 件包括水平滑杆61、滑块62、纵向滑杆63和质量块64 ；水平滑杆61的左部固定在标准块 1上部，右部悬于各基片2的上方；水平滑杆61由滑块62的通孔穿过，滑块62可相对于水 平滑杆61沿水平方向移动；纵向滑杆63的上端与滑块62固定连接；纵向滑杆63由质量块64的通孔穿过，质量块64可相对于纵向滑杆63沿垂直方向移动；所述水平挤压组件包 括第一、第二挡片41、42，至少两个固定螺杆43，与固定螺杆43数量相应的挤压螺杆44、挤 压弹簧5及挤压螺母45 ；挤压弹簧5的两端分别与固定螺杆43、挤压螺杆44的一端固定连 接，固定螺杆43的另一端与第一挡片41固定连接，挤压螺杆44的另一端穿过第二挡片42 与挤压螺母45螺纹连接；第一挡片41与标准块1的左侧面共面接触，各基片2依次叠放于 标准块1与第二挡片42之间，第一片基片的左侧面与标准块1共面接触，最后一片基片的 右侧面与第二挡片42共面接触，旋转挤压螺母45可压紧各基片。制作N级微反射镜阶梯结构需采用N个形状和尺寸都相同的长方体基片，基片的 六个面分别为左侧面21、右侧面22、上表面23、下表面M、后表面25、前表面26(如图3a、 : 所示)，其中，左侧面21和右侧面22为较宽的面，其余四个面为较窄的面。基片所用的材 料为硅片、玻璃、二氧化硅、碳化硅、钼片或石英片等可加工固体材料。基片的左侧面21、右 侧面22的表面粗糙度均达到0. Inm 1 μ m ；基片的上表面23的表面粗糙度达到0. Inm 1 μ m，面形达到0. 1 lOnm，并且各基片的上表面23垂直于其左侧面21和右侧面22。所述第一基底31和第二基底32为长方体形，第一基底31的上表面311和下表面 312较宽，其余表面较窄，第二基底32的上表面321和下表面322较宽，其余表面较窄；要 求第一基底31的上表面311和第二基底32的上表面321、下表面322的表面粗糙度达到 0. Inm 1 μ m ；第二基底32的左侧面323的表面粗糙度达到0. Inm 1 μ m,并且第二基底 32的上表面321平行于下表面322，左侧面323垂直于其上表面321 ；由于第二基底32的 左侧面323表面粗糙度较小，并垂直于其上表面321和下表面322，因而能够与标准块1的 右侧面12完全线接触，保证了第二基底32角度调节的精度；第一基底31和第二基底32采 用硅、玻璃、二氧化硅、碳化硅、钼或石英等可加工固体材料研磨并抛光制成。如图2所示，第二基底32的下表面322制备有金属刻度线324。该金属刻度线324 采用下述方法制备在第二基底32的下表面322上采用磁控溅射或射频溅射或离子束溅射 或直流溅射或电子束蒸发或热蒸发方法蒸镀或溅射10 300nm的金属膜，然后涂光刻胶、 掩模曝光、显影，形成等间距(间距为500μπι)的胶线条，胶线条宽500μπι;在酸溶液中腐 蚀掉未被光刻胶覆盖的金属膜，然后去胶，形成间距为500 μ m的金属刻度线。金属刻度线 324与第二基底32的左侧面323平行，该金属刻度线用于调节距离的准确标定。所述标准块1为长方体，其左侧面11和右侧面12较宽，其余面较窄；要求标准块 1的右侧面12和下表面13的表面粗糙度达到0. Inm 1 μ m,并且要求标准块1的右侧面 12垂直于下表面13。标准块1置于第一基底31的一端，其下表面13与第一基底31的上 表面311共面接触并粘接固定。滑动调节片20可采用与基片形状、尺寸、材料及表面技术要求(表面粗糙度和平 面度)都相同的长方体。滑动调节片20平放在第一基底31上，其下表面与第一基底31的 上表面311共面接触，其左侧面201靠近标准块1 ；滑动调节片20可以在第一基底31的上
面滑动。第二基底32的一端放置在标准块1与第一基底31的接触夹角处，另一端悬在滑 动调节片20的上方，第二基底32分别与第一基底31、标准块1和滑动调节片20线接触。 通过固定在第一基底31上的微调节架7调节滑动调节片20的位置，即可改变第二基底32 的上表面与标准块1右侧面之间的夹角，从而改变各基片形成的阶梯结构的台阶高度。
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将各长方体基片2依次整齐叠放在第二基底32上，使第一片基片的左侧面21与 标准块1的右侧面12共面接触，各基片2的右侧面22与相邻基片的左侧面21共面接触； 只要第二基底32的上表面321与标准块1的右侧面12不垂直，则由于基片2为长方体，其 左、右侧面21、22垂直于下表面M，各基片2的下表面M之间就会形成一定的高度差，即 各基片形成阶梯结构。根据微阶梯反射镜的阶梯结构尺寸预先计算出第二基底上表面321 与标准块右侧面12之间的夹角，再利用该夹角和滑动调节片20的尺寸计算出滑动调节片 20左侧面201与标准块右侧面12之间的设定距离，然后找到与该设定距离对应的第二基 底32上的对应金属刻度线。调整微调节架7，使滑动调节片20与第二基底32之间的接触 线对准上述相应金属刻度线，然后锁紧微调节架7将第二基底32和滑动调节片20之间的 相对位置锁紧固定。将N个长方体基片依次整齐叠放在第二基底32上，第一片基片的左侧 面21与标准块1的右侧面12共面接触，各基片的右侧面22与相邻基片的左侧面21共面 接触；然后旋转挤压螺母45，使第二挡片42压紧各基片；移动滑块62，同时控制质量块64 向下滑动依次挤压各基片，使各基片与第二基底32的上表面321线接触，即可得到符合设 定尺寸要求的阶梯结构。所述的质量块和第一基底、第二基底材料可采用熔石英、钼片、碳化硅、玻璃或二
氧化硅。本发明不限于上述实施方式，第一基底、第二基底、标准块及滑动调节片还可以采 用其他的几何形状，只要满足标准块右侧面与第二基底上表面之间不垂直即可。因而在本 发明权利要求1技术方案基础上作出的任何简单变形都在本发明意图保护范围之内。
权利要求
1.一种利用多个长方体基片制作微阶梯反射镜阶梯结构的装置，其特征在于包括标准 块(1)，第一基底(31)，第二基底(32)，微调节架(7)，滑动调节片00)；所述标准块(1)固 定于第一基底(31)上靠近左侧的位置，微调节架(7)固定于第一基底(31)的右侧；滑动调 节片00)位于第一基底(31)上靠近右侧的位置；带有金属刻度线(3M)的第二基底(32) 一端放置在标准块(1)与第一基底(31)的接触夹角处，另一端悬在滑动调节片OO)的上 方；滑动调节片OO)可在微调节架(7)的作用下在第一基底(31)上移动，以调整标准块右 侧面(12)与第二基底上表面(321)之间的夹角。
2.根据权利要求1所述的利用多个长方体基片制作微阶梯反射镜阶梯结构的装置，其 特征在于还包括垂直挤压组件和水平挤压组件；所述垂直挤压组件包括水平滑杆(61)、滑 块(62)、纵向滑杆(6 和质量块(64)；水平滑杆(61)的左部固定在标准块(1)上部，右部 悬于各基片O)的上方；滑块(6 与水平滑杆(61)活动连接，可相对于水平滑杆(61)沿 水平方向移动；纵向滑杆(6 的上端与滑块(6 固定连接；质量块(64)与纵向滑杆(63) 活动连接，可相对于纵向滑杆(6 沿垂直方向移动；所述水平挤压组件包括第一、第二挡 片01)、(42)，至少两个固定螺杆03，与固定螺杆数量相应的挤压螺杆(44)、挤压弹 簧(5)及挤压螺母G5)；挤压弹簧(5)的两端分别与固定螺杆(43)、挤压螺杆04)的一端 固定连接，固定螺杆^幻的另一端与第一挡片Gl)固定连接，挤压螺杆G4)的另一端穿 过第二挡片0 与挤压螺母0 螺纹连接；第一挡片Gl)与标准块(1)的左侧面共面接 触，各基片(2)依次叠放于标准块(1)与第二挡片G2)之间，第一片基片的左侧面与标准 块(1)共面接触，最后一片基片的右侧面与第二挡片0 共面接触，旋转挤压螺母G5)可 压紧各基片。
全文摘要
本发明涉及一种利用多个长方体基片制作微阶梯反射镜阶梯结构的装置，该装置的标准块固定于第一基底上靠近左侧的位置，微调节架固定于第一基底的右侧；滑动调节片0位于第一基底1上靠近右侧的位置；带有金属刻度线的第二基底一端放置在标准块与第一基底的接触夹角处，另一端悬在滑动调节片的上方；滑动调节片可在微调节架的作用下在第一基底上移动，以调整标准块右侧面与第二基底上表面之间的夹角。本发明有效提高了每层阶梯高度的控制精度、微阶梯反射镜阶梯表面粗糙度精度、纵向尺寸精度及重复性。
文档编号G02B5/08GK102096131SQ20101059275
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者梁中翥, 梁静秋, 苏法刚 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所