多个光栅刻刀并行干涉控制式光栅刻划方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机械刻划平面衍射光栅制作领域，具体涉及一种多个光栅刻刀并行干 涉控制式光栅刻划方法。
【背景技术】
[0002] 机械刻划法是制作平面衍射光栅的主要方法之一。该方法一般工作于罗兰工作方 式，即刻划系统带动光栅刻刀做往复运动，分度系统带动光栅基底承载工作台做单向进给 运动。光栅刻刀的功能是在光栅基底的铝膜上挤压出一条条固定间距的光栅刻线。
[0003] 现有的光栅机械刻划法仅采用单光栅刻刀来实现整个光栅的刻划，主要存在以 下两方面的缺点：1)在光栅刻划超过一定刻划面积后，如400mmX600mm，光栅刻刀的磨损 逐渐加剧，并且开始出现光栅刻刀的崩口现象；从而导致光栅刻槽的实际形状与预设形状 的偏差逐渐变大，光栅表面的平整度及光栅刻线的均匀性越来越差；最终导致光栅衍射效 率逐渐降低、光栅杂散光逐渐变大，严重影响着机械刻划光栅的应用领域及应用水平；2) 仅采用一个光栅刻刀实现整个光栅的刻划，使得光栅刻划时间较长，例如对于刻划面积为 400_X600mm的高刻线密度光栅而言，如刻线密度彡6001ine/mm，一般需要几个月甚至几 年的刻划时间；因此，现有的光栅机械刻划方法的刻划效率较低。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提出一种多个光栅刻刀并行干涉控制式光栅刻划方法，解决现 有技术存在的难以实现米级以上大尺寸光栅的精密刻划和光栅刻划效率低的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明的多个光栅刻刀并行干涉控制式光栅刻划方法包括以下 步骤：
[0006] 步骤一：将η套刻划系统以相等的间距D并行安装于主机座上，每套刻划系统的刻 划刀架上设置有压电执行器、位置测量干涉计和参考反射镜；
[0007] 步骤二：将用于光栅转刃实验的光栅基底安装在光栅基底承载工作台上，对η套 刻划系统中的光栅刻刀进行转刃实验；
[0008] 步骤三：将用于光栅预刻划实验的光栅基底安装在光栅基底承载工作台上，进行 光栅预刻划实验，得到第2到第η块子光栅相对于第1块子光栅的刻线位置误差Ε2、Ε3…… Εη;
[0009] 步骤四：根据步骤三中得到的第2到第η块子光栅相对于第1块子光栅的刻线位 置误差Ε2、Ε3……Εη进行光栅模板刻划，具体步骤为：
[0010] 1)根据步骤三中得到的第2至第η块子光栅相对于第1块子光栅的刻线位置 误差，计算得到η块子光栅的各刻线理想位置的计算表达式分别为：kXd、kXd-E2…… kXd-EnpkXd-l，其中k为当前刻线数，d为光栅栅距；
[0011] 2)准备光栅刻划条件，将每套刻划系统上的压电执行器的位置设置在其总行程的 一半位置处，将η套刻划系统中的刻划刀架移动至刻划的起始位置，将η套刻划系统中的 位置测量干涉计的读数清零；将用于光栅母版刻划的光栅基底固定在光栅基底承载工作台 上；
[0012] 3)根据光栅刻划总长度Gw设置η套刻划系统中光栅刻刀对应的刻划长度，开始刻 划；
[0013] 4)在光栅每条刻线刻划过程中，采用η个位置测量干涉计分别测量各自的参考反 射镜与对应的测量反射镜之间的相对位置；并根据η个位置测量干涉计的测量结果，分别 实时调节η个压电执行器的位置；
[0014] 5)当η套刻划系统刻划的子光栅完成步骤3)中设置的刻划长度后，停止光栅刻 划。
[0015] 步骤二中所述的对η套刻划系统中的光栅刻刀进行转刃实验具体为：启动η套刻 划系统对用于光栅转刃实验的光栅基底进行刻划，直到η套刻划系统中的刻划刀刻出的刻 槽槽形与设计的理想槽形一致，卸下用于光栅转刃实验的光栅基底，完成转刃实验。
[0016] 步骤三中所述的进行光栅预刻划实验，得到第2到第η块子光栅相对于第1块子 光栅的刻线位置误差Ε2、Ε3……Εη的具体步骤为：
[0017] 1)准备光栅预刻划实验条件，将每套刻划系统上的压电执行器的位置设置在其总 行程的一半位置处，将η套刻划系统中的刻划刀架移动至刻划的起始位置，将η套刻划系统 中的位置测量干涉计的读数清零；将用于预刻划实验的光栅基底固定在所述光栅基底承载 工作台上；
[0018] 2)设置η套刻划系统中每个光栅刻刀预刻划长度，开始光栅预刻划；
[0019] 3)每套刻划系统在光栅每条刻线刻划过程中，采用位置测量干涉计测量对应的参 考反射镜与测量反射镜之间的相对位置；根据每个位置测量干涉计的测量结果实时调节每 个压电执行器的位置；
[0020] 4)当达到步骤2)中设置的预刻划长度，停止光栅预刻划；
[0021] 5)采用光栅衍射波前测量仪测量步骤2)至步骤4)刻划出的光栅的对称衍射级次 土k级的衍射波前差△ (k)和△ (-k)，根据公式（1)提取出光栅刻线误差W:
[0022]
(1)
[0023] 其中：d为光栅栅距；
[0024] λ为光栅使用波长；
[0025] 所述光栅刻线误差W中包括η套刻划系统刻划的对应的子光栅的刻划误差I、 W2……Wn，将得到的％、W2......Wn分别取平均值，得到每套刻划系统刻划出的子光栅的刻线误 差平均值啐、1?……wn.
[0026] 根据公式⑵计算出第2到第η块子光栅相对于第1块子光栅的刻线位置误差E2、 E3……4为：
[0027]
(2)。
[0028] 步骤三的第2)步中所述的光栅刻刀预刻划长度多8mm。
[0029] 所述用于光栅转刃实验的光栅基底、用于光栅预刻划实验的光栅基底和用于光栅 母版刻划的光栅基底宽度相同；所述用于光栅预刻划实验的光栅基底和用于光栅母版刻划 的光栅基底长度相同。
[0030] 所述测量反射镜只有一块，设置在光栅基底承载工作台的端部，η套刻划系统中的 位置测量干涉计分别测量各自的参考反射镜与测量反射镜之间的相对位置。
[0031] 所述测量反射镜为η块，第一块测量反射镜设置在光栅基底承载工作台端部，第2 到第η块测量反射镜分别设置在第1到第η-1套刻划系统的刻划刀架上，第一套刻划系统 中的位置测量干涉计测量其对应的参考反射镜与光栅基底承载工作台上的测量反射镜之 间的相对位置；第k套刻划系统中的位置测量干涉计测量其对应的参考反射镜与设置在第 k-Ι套刻划系统上的测量反射镜之间的相对位置，其中k的取值为2~η。
[0032] 所述η套刻划系统中的η的取值满足以下关系：
[0033] nXD^Gw
[0034] 其中：D为相邻的两套刻划系统之间的间距；
[0035] 6"为光栅实际刻划长度。
[0036] 本发明的有益效果为：本发明的多个光栅刻刀并行干涉控制式光栅刻划方法根据 光栅刻划的总长度以及相邻两套刻划系统之间的间隔确定所需刻划系统的个数n，采用多 个光栅刻刀并行干涉控制的方法进行光栅刻划，可有效避免单光栅刻刀刻划方法由于光栅 刻刀磨损等原因导致的难以实现米级以上尺寸的高精度平面光栅制作的难题，并且可有效 节约光栅刻划时间、提高光栅刻划效率；本发明采用衍射波前测量干涉仪来实现对多个光 栅刻刀各自刻划的子光栅之间的相对刻线位置误差进行测量，从而确保了刻划出的整个光 栅在相邻的任意两个所述子光栅的接缝位置具有较低的光栅拼接误差；此外，本发明的η 个所述光栅刻刀的η个所述位置测量干涉计采用了同一个测量反射镜作为测量基准来实 现η个光栅刻刀的位置的实时测量，从而有效抑制η个子光栅的刻线之间的相对转角误差， 确保刻划出的整个光栅具有较低的光栅衍射波前差。
[0037] η个光栅刻刀的η个位置测量干涉计直接或间接的采用了同一个测量基准来实现 η个所述光栅刻