专利名称：夹角基片有序排列制作微阶梯反射镜的方法
技术领域：
本发明涉及一种微阶梯反射镜的制作方法，特别涉及一种采用夹角基片有序排列 制作微阶梯反射镜的方法。
背景技术：
微阶梯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该光学仪器的性能。微 阶梯反射镜可以通过二元光学技术在衬底上经过多次光刻和多次腐蚀(干法或湿法)在石 英等多种材料上制备阶梯微结构，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；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工艺可控性强，微反射镜表面粗糙度控制精 度高、重复性好的夹角基片有序排列制作微阶梯反射镜的方法。为了解决上述技术问题，本发明的夹角基片有序排列制作微阶梯反射镜的方法包 括下述步骤(一 )、选用N片可加工固体材料作为微阶梯反射镜的基片，并对其进行清洗；(二)、对各基片的左侧面和右侧面进行研磨并抛光，使其表面粗糙度达到 0. Inm ιμπι，左侧面平行于右侧面，并且各基片的厚度达到设定尺寸；然后对研磨后的各 基片进行清洗处理；(三)、将N片研磨完成的基片依次叠放，使各基片的右侧面与相邻基片的左侧面 相接触，叠放后各基片的上表面共面、下表面共面；然后用固化胶将叠放后的各基片粘接固 定在一起；(四)、将粘接固定在一起的基片置于研磨台上，研磨各基片的上表面，使其表面 粗糙度达到0. Inm 1 μ m,并且各基片的上表面垂直于其左侧面和右侧面；(五)、将步骤(四)制作完成的基片翻转置于研磨台上，研磨各基片的下表面使 其成为一个斜面，各基片的斜面共面，并且各斜面的表面粗糙度达到0. Inm 1 μ m ；然后用 去胶溶液去除固化胶，清洗各基片；(六)、选用可加工固体材料，将其研磨并抛光成楔形斜面体；所述楔形斜面体的 下表面为水平面，左侧面为垂直面，上表面为斜面，并且楔形斜面体的上表面与其左侧面之 间的夹角β等于基片的斜面与其右侧面之间的夹角α ；楔形斜面体的上表面和下表面的 表面粗糙度达到0. Inm 1 μ m ；清洗楔形斜面体；(七)、研磨并抛光一片长方体作为基底，基底的上表面的表面粗糙度达到0. Inm 1 μ m ；清洗基底；(八)、研磨并抛光一块长方体作为固定在基底上的标准块，标准块的右侧面垂直 于下表面，并且右侧面和下表面的表面粗糙度达到0. Inm 1 μ m ；清洗标准块；(九)、将标准块置于基底的一端，标准块的下表面与基底的上表面共面；然后将 标准块与基底粘接固定；(十)、将楔形斜面体置于基底上，使楔形斜面体的左侧面与标准块的右侧面共 面，楔形斜面体的下表面与基底的上表面共面；然后将楔形斜面体与基底粘接固定；(十一)、将各基片按照从高到低的顺序依次放置于楔形斜面体上，并且使得最高 基片的左侧面与标准块的右侧面共面，各基片的右侧面与相邻基片的左侧面共面，各基片 的斜面与楔形斜面体的上表面共面；然后将各基片粘接固定，得到阶梯结构；(十二)、将步骤(十一)得到的阶梯结构的上表面沉积增反膜层和保护膜层。N的数值可以根据微阶梯反射镜的台阶数确定。本发明由于采用夹角基片有序排列制作微阶梯反射镜，每层阶梯的高度能精确控 制，并且每个台阶的反射面是同一批次研磨抛光而成，所以表面面形和粗糙度都能达到一 致。并且达到设计要求的参数，本发明能够有效提高阶梯表面粗糙度精度、纵向尺寸精度及 重复性，工艺可控性强，重复性好，微反射镜表面粗糙度小，平面度高，可应用于可见及红外 波段。所述的基片、质量块和基底材料可采用熔石英、钼片、碳化硅、玻璃或二氧化硅；紫 外固化胶的去胶液为硫酸和硝酸混合溶液或者丙酮与乙醚混合溶液。所述的步骤(十二)中增反膜层通过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沉积于步骤(十一)得到的阶梯结构的上表面。所述的增反膜层上沉积保护膜层，以防止膜层材料氧化。所述的保护膜层材料采用MgF2、Al2O3或Si02。
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la、Ib分别为基片的主视图和左视图。图2为研磨完成后各基片按照从低到高的顺序粘接在一起时的示意图。图3为各基片按照从高到低的顺序放置于楔形斜面体上排列成台阶的示意图。
具体实施例方式实施例1本发明的夹角基片有序排列制作台阶数为20的微阶梯反射镜的方法具体步骤如 下(一 )、选用20片硅片、玻璃、二氧化硅、碳化硅、钼片或石英片等可加工固体材料 作为微阶梯反射镜的基片，如图la、lb所示，基片的六个面分别为左侧面41、右侧面42、上 表面43、下表面44、后表面45、前表面46 ；其中，左侧面41和右侧面42为较宽的面，其余四 个面为较窄的面；微阶梯反射镜台阶数为20 ；然后对各基片进行清洗处理，其清洗处理的 步骤为
1)以甲苯、丙酮、乙醇超声清洗15分钟，去除油污等有机物；2)用去离子水超声清洗，无水乙醇脱水后烘干。( 二)、对每片基片的左侧面41和右侧面42进行研磨并抛光，使其厚度达到设定 尺寸，左侧面41平行于右侧面42，并且每片基片厚度尺寸相同，都为1.5mm;研磨后，每片基 片的左侧面41和右侧面42的表面粗糙度均达到0. Inm 1 μ m ；对研磨后的基片进行清洗 处理；其清洗处理的步骤为1)以甲苯、丙酮、乙醇超声清洗15分钟，去除油污等有机物；2)用去离子水超声清洗，无水乙醇脱水后烘干。(三)、将20片步骤(二)研磨完成的基片依次整齐叠放，使各基片的右侧面42与 相邻基片的左侧面41相接触，即第一片基片的右侧面42与第二片基片的左侧面41接触， 第二片基片的右侧面42与第三片基片的左侧面41相接触，……；并且叠放后的20个基片 的上表面43共面、下表面44共面；然后，在各基片的前表面45和后表面46涂覆红外或紫 外固化胶并固化，将重叠的各基片粘合在一起。(四)、将步骤(三)制作完成的粘合在一起的基片置于研磨台上，研磨各基片的 上表面43，使其表面粗糙度达到0. Inm 1 μ m,并且各基片的上表面43垂直于其左侧面41 和右侧面42。(五)、将步骤(四)制作完成的粘合在一起的基片翻转置于研磨台上，研磨各基 片的下表面44使其成为一个斜面44’，该斜面44’的表面粗糙度达到0. Inm 1 μ m ；如图 2所示，斜面44’与基片的右侧面42形成一定夹角α ,20片基片4的斜表面44’在同一个 平面上；用去胶溶液去除红外或紫外固化胶，清洗基片，并且按研磨时的次序依次排放基片 (如图2所示，基片按照1'、2'、3'…20'的顺序排列。(六)、选用可加工固体材料，研磨并抛光一块具有最小锐角为1.9092度的楔形斜 面体1，作为夹角基片有序排列制作微阶梯反射镜的基底；如图3所示，楔形斜面体1的上 表面11为斜面，下表面12为水平面，左侧面13为垂直面；要求上表面11与左侧面13之间 的夹角β等于基片斜面44，与基片右侧面42之间的夹角α (α = β =90° -1.9092° )， 上表面11、下表面12和左侧面13的表面粗糙度达到0. Inm 1 μ m ；清洗楔形斜面体1。(七)、研磨并抛光一片长方体作为基底2，要求基底2的上表面21的表面粗糙度 达到0. Inm 1 μ m ；清洗基底2 ；(八)、研磨并抛光一块长方体作为固定在基底2上的标准块3，要求标准块3的右 侧面31、下表面32的表面粗糙度达到0. Inm 1 μ m,并且要求标准块3的右侧面31垂直 于下表面32;清洗标准块3。(九)、将在步骤(八)中制作完成的标准块3置于基底2的一端，标准块3的下 表面32与基底2的上表面21共面，涂敷红外或紫外固化胶粘接固定标准块3与基底2。(十)、将在步骤(六)中制作完成的楔形斜面体1置于步骤(九)中制作完成的 基底2上，使得楔形斜面体1的左侧面13与标准块3的右侧面31共面；楔形斜面体1的下 表面12与基底2的上表面21共面接触并粘接固定，这样由基底2、标准块3和楔形斜面体 1就组成了夹角基片有序排列制作微阶梯反射镜的夹具。(十一)、将步骤(五)制作的20片基片按从高到低的顺序叠放在步骤(十)中制作完成的夹具上，使得最高基片(第20片基片)的左侧面41与标准块3的右侧面31共 面，第19片基片的左侧面41与第20片基片的右侧面42共面……第2片基片的右侧面42 与第1片基片的左侧面共面(如图3所示，基片按照20'、…、3'、2'、1'的顺序排列。待20个台阶面形成之后，在各基片的前表面45和后表面46涂覆红外或紫外固化 胶并固化，形成20个台阶结构，台阶高度为50 μ m。(十二)、在步骤(十一)得到的阶梯结构的上表面沉积增反膜层和保护膜层。至此，完成20个台阶的微阶梯反射镜制作。所述的基片4、标准块3、楔形斜面体1和基底2材料可采用熔石英、钼片、碳化硅、 玻璃或二氧化硅；固化胶可采用红外固化胶或紫外固化胶；去胶溶液可采用硫酸和硝酸混 合溶液，或者丙酮与乙醚混合溶液。所述的步骤(十二)中增反膜层通过磁控溅射、射频溅射、离子束溅射、直流溅射、 电子束蒸发或热蒸发方法沉积于步骤(十一)得到的阶梯结构的上表面。所述的增反膜层材料采用金膜或银膜或对其它波段有反射作用的膜层材料。所述的增反膜层上沉积保护膜层，以防止膜层材料氧化。所述的保护膜层材料采用MgF2、Al2O3或Si02。实施例2本发明的夹角基片有序排列制作台阶数为30的微阶梯反射镜的方法具体步骤如 下(一 )、选用30片硅片、玻璃、二氧化硅、碳化硅、钼片或石英片等可加工固体材料 作为微阶梯反射镜的基片，如图la、lb所示，基片的六个面分别左侧面41、右侧面42、上表 面43、下表面44、后表面45、前表面46 ；其中，左侧面41和右侧面42为较宽的面，其余四个 面为较窄的面；微阶梯反射镜的台阶数为30 ；然后对各基片进行清洗处理，其清洗处理的 步骤为1)以甲苯、丙酮、乙醇超声清洗15分钟，去除油污等有机物；2)用去离子水超声清洗，无水乙醇脱水后烘干。( 二)、对每片基片左侧面41和右侧面42进行研磨并抛光，使其厚度达到设定尺 寸，左侧面41平行于右侧面42，并且每片基片厚度尺寸相同，都为2mm。研磨后，每片基片 的左侧面41和右侧面42的表面粗糙度均达到0. Inm 1 μ m ；对研磨后的基片进行清洗处 理；其清洗处理的步骤为1)以甲苯、丙酮、乙醇超声清洗15分钟，去除油污等有机物；2)用去离子水超声清洗，无水乙醇脱水后烘干。(三)、将30片步骤(二)研磨完成的基片依次整齐叠放，使各基片的右侧面42与 相邻基片的左侧面41相接触，即第一片基片的右侧面42与第二片基片的左侧面41接触， 第二片基片的右侧面42与第三片基片的左侧面41相接触，……；并且叠放后的30个基片 的上表面43共面、下表面44共面；然后，在各基片的前表面45和后表面46涂覆红外或紫 外固化胶并固化，将重叠的各基片粘合在一起。(四)、将步骤(三)制作完成的粘合在一起的基片置于研磨台上，研磨各基片的 上表面43，使其表面粗糙度达到0. Inm 1 μ m,并且各基片的上表面43垂直于其左侧面41和右侧面42。(五)、将步骤(四)制作完成的粘合在一起的基片翻转置于研磨台上，研磨各基 片的下表面44使其成为一个斜面44’，该斜面44’的表面粗糙度达到0. Inm 1 μ m ；如图 2所示，斜面44’与基片的右侧面42面形成一定夹角α ,30片基片2的斜面44’在同一个 平面上；用去胶溶液去除红外或紫外固化胶，清洗基片，并且按研磨时的次序依次排放基片 (如图2所示，基片按照1'、2'、3'…30'的顺序排列。(六)、选用可加工固体材料，研磨并抛光一块具有最小锐角为1.7184度的楔 形斜面体1，作为夹角基片有序排列制作微阶梯反射镜的基底；如图3所示，楔形斜面体 1的上表面11为斜面，下表面12为水平面，左侧面13为垂直面；要求上表面11与左侧 面13之间的夹角β等于基片斜表面44’与基片右侧面42之间的夹角α ((α = β = 90° -1.7184° )，上表面11、下表面12和左侧面13的表面粗糙度达到0. Inm Iym ；清 洗楔形斜面体1。(七)、研磨并抛光一片长方体作为基底2，要求基底2的上表面21的表面粗糙度 达到0. Inm 1 μ m ；清洗基底2 ；(八)、研磨并抛光一块长方体作为固定在基底2上的标准块3，要求标准块3的右 侧面31、下表面32的表面粗糙度达到0. Inm 1 μ m,并且要求标准块3的右侧面31垂直 于下表面32;清洗标准块3。(九)、将在步骤(八)中制作完成的标准块3置于基底2的一端，标准块3的下 表面32与基底2的上表面21共面，涂敷红外或紫外固化胶粘接固定标准块3与基底2。(十)、将在步骤(六)中制作完成的楔形斜面体1置于步骤(九)中制作完成的 基底2上，使得楔形斜面体1的左侧面13与标准块3的右侧面31共面；楔形斜面体1的下 表面12与基底2的上表面21共面接触并粘接固定，这样由基底2、标准块3和楔形斜面体 1就组成了夹角基片有序排列制作微阶梯反射镜的夹具。(十一)、将步骤(五)制作的30片基片按从高到低的顺序叠放在在步骤(十)中 制作完成的夹具上，使得最高基片(第30片基片)的左侧面41与标准块3的右侧面31共 面，第四片基片的左侧面41与第30片基片的右侧面42共面……第2片基片的右侧面42 与第1片基片的左侧面共面(如图3所示，基片按照30'、…、3'、2'、1'的顺序排列。 待30个台阶面形成之后，在30片基片的前表面45和后表面46涂覆红外或紫外固化胶并 固化，形成30个台阶结构，台阶高度为60 μ m。(十二)、在步骤(十一)得到的阶梯结构的上表面沉积增反膜层和保护膜层。至此，完成30个台阶的微阶梯反射镜制作。所述的基片4、标准块3、楔形斜面体1和基底2材料可采用熔石英、钼片、碳化硅、 玻璃或二氧化硅；固化胶可采用红外固化胶或紫外固化胶；去胶溶液可采用硫酸和硝酸混 合溶液，或者丙酮与乙醚混合溶液。所述的步骤(十二)中增反膜层通过磁控溅射、射频溅射、离子束溅射、直流溅射、 电子束蒸发或热蒸发方法沉积于步骤(十一)得到的阶梯结构的上表面。所述的增反膜层材料采用金膜或银膜或对其它波段有反射作用的膜层材料。所述的增反膜层上沉积保护膜层，以防止膜层材料氧化。所述的保护膜层材料采用MgF2、Al2O3或Si02。
权利要求
1. 一种夹角基片有序排列制作微阶梯反射镜的方法，其特征在于包括下述步骤(一)、选用N片可加工固体材料作为微阶梯反射镜的基片，并对其进行清洗；(二)、对各基片的左侧面和右侧面0 进行研磨并抛光，使其表面粗糙度达到 0. Inm ιμπι，左侧面平行于右侧面(42)，并且各基片的厚度达到设定尺寸；然后对 研磨后的各基片进行清洗处理；(三)、将N片研磨完成的基片依次叠放，使各基片的右侧面02)与相邻基片的左侧面(41)相接触，叠放后各基片的上表面共面、下表面G4)共面；然后用固化胶将叠放后 的各基片粘接固定在一起；(四)、将粘接固定在一起的基片置于研磨台上，研磨各基片的上表面G3)，使其表 面粗糙度达到0. Inm Ιμπι，并且各基片的上表面03)垂直于其左侧面和右侧面(42)；(五)、将步骤(四)制作完成的基片翻转置于研磨台上，研磨各基片的下表面G4)使 其成为一个斜面G4’)，各基片的斜面04’ )共面，并且各斜面04’ )的表面粗糙度达到 0. Inm Ιμπι;然后用去胶溶液去除固化胶，清洗各基片；(六)、选用可加工固体材料，将其研磨并抛光成楔形斜面体(1)；所述楔形斜面体(1) 的下表面(1 为水平面，左侧面(1 为垂直面，上表面(11)为斜面，并且楔形斜面体(1) 的上表面(11)与其左侧面(13)之间的夹角β等于基片⑷的斜面G4’)与其右侧面02) 之间的夹角α ；楔形斜面体(1)的上表面(11)和下表面(12)的表面粗糙度达到0. Inm Iym;清洗楔形斜面体⑴；(七)、研磨并抛光一片长方体作为基底O)，基底O)的上表面的表面粗糙度达 到0. Inm 1 μ m ；清洗基底(2)；(八)、研磨并抛光一块长方体作为固定在基底(2)上的标准块(3)，标准块(3)的右 侧面(31)垂直于下表面(32)，并且右侧面(31)和下表面(32)的表面粗糙度达到0. Inm 1 μ m ；清洗标准块⑶；(九)、将标准块⑶置于基底⑵的一端，标准块⑶的下表面(32)与基底⑵的上 表面共面；然后将标准块C3)与基底( 粘接固定；(十)、将楔形斜面体(1)置于基底( 上，使楔形斜面体(1)的左侧面(1 与标准块 (3)的右侧面(31)共面，楔形斜面体(1)的下表面(1 与基底O)的上表面共面； 然后将楔形斜面体(1)与基底( 粘接固定；(十一)、将各基片(4)按照从高到低的顺序依次放置于楔形斜面体(1)上，并且使得 最高基片的左侧面Gl)与标准块(3)的右侧面(31)共面，各基片(4)的右侧面0 与相 邻基片⑷的左侧面Gl)共面，各基片⑷的斜面G4’)与楔形斜面体⑴的上表面(11) 共面；然后将各基片粘接固定，得到阶梯结构；(十二)、将步骤(十一)得到的阶梯结构的上表面沉积增反膜层和保护膜层。
全文摘要
本发明涉及一种夹角基片有序排列制作微阶梯反射镜的方法，该方法包括下述步骤对N个基片的左侧面和右侧面进行研磨并抛光，使其左侧面平行于右侧面；将N片基片依次叠放并粘接固定，研磨各基片的上表面使其垂直于侧面；研磨各基片的下表面使其成为一个斜面，且各基片的斜面共面；将标准块置于基底的一端，楔形斜面体置于基底上，且楔形斜面体的左侧面与标准块的右侧面共面；将各基片按照与研磨时相反的顺序依次放置于楔形斜面体上，然后将各基片粘接固定，得到阶梯结构。本发明能够有效提高阶梯表面粗糙度精度、纵向尺寸精度及重复性，工艺可控性强，重复性好，微反射镜表面粗糙度小，平面度高，可应用于可见及红外波段。
文档编号G02B1/10GK102081179SQ201010592758
公开日2011年6月1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 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所